KR20000069470A

KR20000069470A - 스마트 안테나 씨디엠에이 무선 통신 시스템

Info

Publication number: KR20000069470A
Application number: KR1019997005311A
Authority: KR
Inventors: 류휘; 수광한
Original assignee: 씨윌 텔레커뮤니케이션즈 인코포레이티드
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2000-11-25
Also published as: ATE218776T1; AU731437B2; JP2001506833A; WO1998027669A1; EP0953235B1; EP0953235A1; DE69713156D1; AU5524398A; DE69713156T2; US6122260A

Abstract

무선 통신의 질과 용량을 증가시키는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 시스템이 설명된다. 공간 및 코드 다이버시티(diversity)를 동시에 활용함으로서, 시스템 탄력성과 확실성을 손상시키지 않고 다수의 원격 단자와 기지국 사이에 고실행도의 통신이 이루어진다. S-CDMA 신호의 본래 간섭 면역성과 함께 시간-분할-이중(time-division-duplex) 모드는 널링(nulling)을 요구하기 보다는 간단하고 확실한 빔형성(beamforming)을 사용해 공간 다이버시티가 활용되도록 허용한다. 공간적 기호(spatial signature), 타이밍 오프셋(timing offset), 전송 전력, 및 다수의 S-CDMA 단자와 연관된 다른 전파 매개변수를 평가하는데는 기지국에 있는 수신 안테나의 어레이에서의 측정이 사용된다. 이러한 정보는 이때 시스템 동기화, 다운링크(downlink) 빔형성, 및 전환(handoff) 관리에 사용된다. 모범적인 실시예에서, 상술된 처리는 최소의 계산으로 실행되므로, 설명된 시스템이 신속하게 변하는 환경에 적용될 수 있도록 허용한다. 본 발명의 다수의 다른 본래 이점 중에는 대용량과 전력 효율성, 강한 간섭/페이딩(fading) 레지스턴스, 확실한 전력 제어, 및 용이한 전환이 있다.

Description

스마트 안테나 씨디엠에이 무선 통신 시스템{Smart antenna CDMA wireless communication system}

미래 무선 서비스의 통신 하부구조는 고속 네트워크, 중앙 기지국, 및 빈틈없이 상호동작되어야 하는 다른 복잡성의 다양한 이동 유닛을 포함한다. 용량 및 입수 가능성과 같은 표준적인 문제에 부가하여, 이동 무선 네트워크는 또한 페이딩(fading)과 인터페이스, 시스템 탄력성과 확고함, 및 고속 억세스에 대한 존속성을 강조한다. 혁신적인 통신 기술은 전략적으로 고실행도의 개인용 통신 서비스(PCS) 시스템(D. Goodman, "셀룰러 및 무선 통신 경향(Trends in Cellular and Cordless Communications)", IEEE Communications Magazine, 1991년 6월)을 실현하는데 중요하다.

PCS 및 다른 무선 통신 시스템에서, 중앙 기지국은 다수의 원격 단자와 통신한다. 주파수 분할 다중 억세스(FDMA) 및 시간 분할 다중 억세스(TDMA)는 동시 서비스를 많은 단자에 제공하는 전통적인 다중 억세스 구조이다. FDMA 및 TDMA 기술의 기본적인 개념은 다수의 단자가 간섭을 일으키지 않고 수용될 수 있도록 이용가능한 자원을 각각 다수의 주파수 또는 시간 슬롯으로 나누는 것이다.

주파수 또는 시간 정의역에서 신호를 분리하는 이러한 구조에 대조하여, 코드 분할 다중 억세스(CDMA)는 코드화된 변조를 사용해 다수의 사용자가 공통적인 주파수 및 시간 채널을 공유하는 것을 허용한다. 대역폭 효율성 및 간섭 면역성에 부가하여, CDMA는 이동 환경에서 동적인 통화 패턴에 적용될 수 있는 무선 응용을 나타낸다. 이러한 이점 때문에, CDMA는 무선 통신에서 차세대 신호 억세스 전략으로 나타내어진다. 그러나, 현재 상업적인 CDMA 기술, 예를 들면 Qualcomm에 의해 개발된 IS-95 표준은 아직까지 상당한 실제 문제점을 갖고, 가장 중요한 것은 단자의 전송 전력을 정확하고 신속하게 제어하도록 요구하는 것이다. 비록 전력 제어 문제점이 동기화 CDMA(S-CDMA) 기술의 사용으로 완화될 수 있지만, 이는 예를 들면, 동기화에서 다른 문제점을 제시한다. 보다 많은 정보를 위해서는 M.K. Simon의 "확산 스펙트럼 통신 핸드북(Spread Spectrum Communications Handbook)", McGraw-Hill, 1994; Bustamante의 "직접적인 무선 시퀀스 확산 스펙트럼 디지털 셀룰러 전화 시스템(Wireless Direct Sequence Spread Spectrum Digital Celluar Telephone System)", 미국 특허 No. 5,375,140, 1994년 12월; Schilling의 "동기화 확산 스펙트럼 통신 시스템 및 방법(Synchronous Spread-Spectrum Communications System and Method)", 미국 특허 No. 5,420,896, 1995년 5월을 참고한다.

고정된 양의 주파수 할당이 주어지면, 특정한 데이터 비율에서의 확실한 통신에 이용가능한 채널의 수에는 상당 제한치가 존재함은 이미 공지되어 있다. 그러므로, 상술된 구조는 시스템 용량과 실행도를 특정한 범위로 증가만 시킬 수 있다. 이 제한치를 넘으려면, 부가적인 자원이 할당될 필요가 있다. 시스템 용량 및 실행도를 증가시키려는 가장 최근의 시도는 공간적 다양성을 이용하는 것이다. 새로운 차원, 즉 공간은 다중 억세스를 적절히 사용할 때 원칙적으로 시스템 용량을 상당히 증가시킬 수 있다(S. Andersson의 "이동 통신 시스템을 위한 적응적 어레이(An Adaptive Array for Mobile Communication Systems)", IEEE Trans. on Veh. Tec., Vol. 4, No. 1, pp230-236, 1991; J. Winters의 "무선 통신 시스템의 용량에 대한 안테나 다이버시티의 효과(The Impact of Antenna Diversity on the Capacity of Wireless Communication Systems)", IEEE Trans. on Communications, Vol. 42, No. 2/3/4, pp1740-1751, 1994). 다른 잠재적인 이점은 더 낮은 전력 소모, 페이딩과 간섭에 대해 더 높은 면역성, 더 효과적인 전환, 및 더 나은 프라이버시(privacy)를 포함한다. 적응적 안테나 어레이를 사용하는 무선 통신 시스템은 이후 스마트 안테나 시스템(Smart Antenna System)이라 칭하여진다. 그러나, 그럼에도 불구하고, 스마트 안테나 시스템에는 많은 실질적인 문제점이 존재한다. 대부분 현존하는 무선 프로토콜의 제한으로 인한 많은 이유로, 최첨단 안테나 어레이 기술을 현재 시스템에 통합하는 것은 일반적으로 어렵다.

섹터화, 즉 방향성 안테나를 사용해 적용범위 영역을 섹터로 나누는 것은 용량 및 실행도 개선을 위해 공간적 다이버시티를 사용하는 직접적인 수단 중 하나이다. 이 분야에는 S. Hattori의 "이동 통신 시스템(Mobile Communication System)", 미국 특허 No. 4,955,982, 1989년 1월; T. Shimizu의 "한 기간 동안 구역 경계와 교차할 때 디지털 이동국에 대한 고처리량 통신 방법 및 시스템(High Throughput Communication Method and Systmem for a Digital Mobile Station When Crossing a Zone Boundary During a Session)", 미국 특허 No. 4,989,204, 1989년 12월; V. Graziano의 "셀룰러 RF 통신 시스템에 대한 안테나 어레이(Antenna Array for a Celluar RF Communications System)", 미국 특허 No. 4,128,740, 1977년 12월을 포함하여 상당한 수의 연구와 패턴이 있다. 그러나, 섹터화 접근법은 단순히 교환 통화 패턴을 처리하는데 기본적인 어려움을 갖는다. 그 결과로, 섹터화는 더 많은 전환과 복잡한 실행을 희생시켜 제한된 용량 증가만을 제공한다.

이동 통신의 시간에 따라 변하는 특성을 수용하기 위해, 적응적 안테나 어레이 기술이 연구되었다; K. Yamamoto의 "다중-방향 시간 분할 다중화 통신을 위한 공간 다이버시티 통신 시스템(Space Diversity Communications System for Multi-Direction Time Division Multiplex Communications)", 미국 특허 No. 4,599,734, 1985년 4월; D.F. Bantz의 "이동/실내 셀룰러 무선 통신에서의 다이버시티 전송 전략(Diversity Transmission Strategy in Mobile/Indoor Cellular Radio Communications)", 미국 특허 No. 5,507,035, 1993년 4월; C. Wheatley의 "실내 마이크로셀룰러 통신 시스템에서 다중경로 다이버시티를 위한 안테나 시스템(Antenna System for Multipath Diversity in an Indoor Microcellular Communication System)", 미국 특허 No. 5,437,055, 1995년 7월을 참고한다. 공간-분할 다중 억세스(SDMA)라 칭하여지는 가장 적극적인 구조는 다수의 단자가 다른 공간 채널을 통해 하나의 종래 채널(주파수, 시간)을 공유하는 것을 허용하고, 그에 의해 부가적인 주파수 할당없이 시스템 용량을 다중화하게 된다(S. Andersson의 "이동 통신 시스템을 위한 적응적 어레이(An Adaptive Array for Mobile Communication Systems)", IEEE Trans. on Veh. Tec. Vol. 4, No. 1, pp230-236, 1991년; R. Roy의 "공간 분할 다중 억세스 무선 통신 시스템(Spatial Division Multiple Access Wireless Communication Systems)", 미국 특허 No. 5,515,378, 1996년 4월, U.S. Cl.).

SDMA에서의 주요 동작은 공간 매개변수 평가, 다운링크(downlimk)(기지국에서 원격 단자로)를 위한 공간 멀티플렉싱, 및 업링크(uplink)(원격 단자에서 기지국으로)를 위한 디멀티플렉싱을 포함한다. 대부분 현재 무선 시스템이 주파수 분할 이중(Frequency-Division-Duplex, FDD) 구조, 즉 업링크 및 다운링크에 대해 다른 반송파를 채택하므로(예를 들면, AMPS, IS-54, GSM 등), 기본적인 물리적 원리는 업링크 및 다운링크 공간 특성이 실질적으로 다를 수 있음을 결정한다. 결과적으로, 대부분의 SDMA 구조에서의 공간적 동작은 단자의 도착 방향(direction-of-arrival, DOA) 정보에 의존한다. 특히, 공간 멀티플렉싱/디멀티플렉싱은 다른 방향으로 동일 채널(co-channel) 신호를 확산시킴으로서 실행된다.

이론적으로, 현재 SDMA 기술에는 중요한 실제 문제점이 있고, 가장 중요한 것은 (i) DOA 및 다른 공간 매개변수 평가를 위해 계산적인 알고리즘을 요구하는 것; (ii) 측정된 시스템 하드웨어에 대한 엄격한 요구사항; (iii) 이동 및 하드웨어/소프트웨어 결함에 영향받기 쉬운 실행도이다. 첫 번째 문제점은 업링크 및 다운링크가 같은 전파 패턴을 갖는 시간-분할-이중(time-division-duplex, TDD) 시스템(예를 들면, CT-2 및 DECT)에서 완화될 수 있다. 이 경우에는 단자의 공간적 기호(spatial signature), 즉 단자로부터 전송되는 신호에 대한 안테나 어레이 응답이 SDMA에서 사용될 수 있다 - 각각의 다중경로 매개변수가 요구되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 다른 주요 문제점이 남아있다. 이들 문제점은 무선, 특히 이동 통신 네트워크에서 SDMA의 유용성을 손상시킨다.

상기 문제점들은 안테나 어레이에 대해 본래 주어지기 보다는 현존하는 무선 프로토콜을 수용하기 위한 공간 다이버시티의 확고한 이용으로 인한 것임을 주목할만 하다. 본래 매우 불안정한 공간 다이버시티는 통신을 위해 확실한 채널을 제공할 수 없다. 현존하는 시스템에 스마트 안테나를 부가하는 시도는 반최적 결과만을 제공할 수 있다. 시스템 관점에서 볼 때, 통합된 형태로 스마트 안테나를 포함하는 최첨단 무선 기술을 사용하는 특별히 설계된 구조가 확실히 필요하다. 본 발명은 이러한 요구사항을 만족시켜 상술된 모든 어려움에 대한 해결법을 제공한다.

본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템 분야에 관한 것으로, 특히 안테나 어레이를 갖춘 확산 스펙트럼 CDMA 통신에 관한 것이다.

도 1은 종래 섹터화 안테나 어레이 시스템과 그 한계를 설명하는 그래프.

도 2는 종래 SDMA 무선 시스템과 그 한계를 설명하는 그래프.

도 3은 설명되는 SA-CDMA가 종래 기술의 어려움을 성공적으로 극복하는 방법을 설명하는 도면.

도 4는 다수의 단자와 메시지 데이터를 통신하기 위해 설명되는 SA-CDMA 시스템의 주기능 모듈을 설명하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 기저대 처리기의 한 실시예를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명에 따른 SA-CDMA 시스템의 한 실시예를 도시하는 블록도.

도 7은 본 발명에 따른 공간 처리기의 한 실시예를 도시하는 블록도.

도 8은 본 발명에 따라 설명되는 SA-CDMA 시스템 중 변조기의 한 실시예를 설명하는 도면.

도 9는 본 발명에 따라 설명되는 SA-CDMA 시스템 중 복조기의 한 실시예를 설명하는 도면.

도 10은 본 발명에 따른 업링크(uplink) 및 다운링크(downlink) 프레임에서의 SA-CDMA 동작의 한 실시예를 설명하는 도면.

도 11은 본 발명에 따른 공간적 기호 평가 동작의 한 실시예를 설명하는 도면.

도 12는 본 발명에 따른 공간적 기호 평가 동작의 또 다른 실시예를 설명하는 도면.

본 발명은 동시 CDMA 기술 및 시간 분할 이중화(TDD)를 갖춘 안테나 어레이를 집적하는 무선 통신 시스템을 구성한다. 결과의 구조는 이후 스마트 안테나 CDMA(SA-CDMA)라 칭하여진다. 본 발명은 종래 기술의 시스템 및 방법에 걸쳐 다수의 이점을 제공하고, 개선된 시스템 용량 및 실행도를 포함한다.

무선 시스템에 대한 4가지 설계 문제점은 탄력성, 신호질, 용량, 및 복잡성이다. SA-CDMA는 이러한 모든 문제점을 해결하는 새로운 구조이다. 본 발명의 SA-CDMA 시스템은 동적 이동 환경에서 종래 기술의 응용성을 기본적으로 제한하는 동작을 계산적으로 요구하고 하드웨어를 제시하지 않고, 종래 안테나 어레이 시스템의 원하는 특성 중 대부분을 소유한다.

간략하게, 본 발명에 따라, SA-CDMA 시스템은 다수의 안테나 및 다수의 송수신기를 갖춘 다중채널 송수신기 어레이를 구비한다. 다중채널 송수신기 어레이는 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신하고 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 단자로 전송하는데 적용된다. 다중채널 송수신기 어레이는 시간 분할 이중 방식으로 동작된다. 즉, 제 1 시간 프레임 동안 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신(RX)하는데 적용되고, 제 2 시간 프레임 동안에는 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 단자로 전송(TX)하는데 적용된다.

시스템은 다양한 업링크 및 다운링크 통신 기능을 실행하기 위해 하나 이상의 디지털 처리기(DSP) 또는 처리 유닛 및 연관된 메모리를 더 포함한다. 하나 이상의 처리기는 다중채널 송수신기 어레이에 연결된다. 하나 이상의 처리기는 메모리로부터의 코드 및 데이터가 다른 것들 중에서 공간 처리기, 역확산기(despreader), 변조기, 및 복조기와 같이 통신 기능을 실행하게 한다.

공간 처리기는 다중채널 송수신기 어레이에 연결되고 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합으로부터 단자와 연관된 공간적 기호 평가를 결정한다. 공간 처리기는 또한 공간적 기호 평가를 근거로 업링크 및 다운링크 빔형성 매트릭스를 계산한다.

복조기는 공간 처리기 및 다중채널 송수신기 어레이에 연결되고 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합에서 단자로부터의 업링크 메시지의 평가를 결정한다. 변조기는 단자에 주어지는 메시지를 전송하도록 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 발생한다.

각 단자는 CDMA 억세스 구조에 따라 유일한 PN 코드 시퀀스를 포함한다. 각 단자에 대한 공간적 기호 평가를 구하기 위해, 시스템은 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 역확산시키는 역확산기를 사용한다. 역확산기는 다중채널 심볼 시퀀스를 구하기 위해 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 역확산시키는데 각 단자의 PN 코드 시퀀스를 사용한다. 공간 처리기는 최대 신호 전력을 갖는 다중채널 심볼 시퀀스로부터 심볼 시퀀스를 식별하고, 최대 신호 전력을 갖는 식별된 심볼 시퀀스에 대해 다중채널 심볼 시퀀스를 정상화하도록 동작되어 정상화된 심볼 시퀀스를 구한다. 이어서, 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스의 평균은 공간적 기호 평가로 계산된다.

또 다른 실시예에서는 최대 에너지를 갖는 시퀀스를 식별하여 정상화하는 대신에, 공간 처리기가 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스를 형성하고 결과의 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터(eigenvector)를 공간적 기호 평가로 평가한다.

전력 제어 및 동기화를 위해 기본적인 매개변수를 제공하는 것에 부가하여, 공간 처리기는 또한 요구될 때 DOA 평가를 제공할 수 있다. DOA 정보는 단자와 기지국 사이의 거리를 반영하는 이용가능하지 않은 지연 평가와 함께 소프트 전환(soft handoff) 및 국부화에서 사용된다.

상기의 동작은 코드 및 공간 다이버시티가 부당한 복잡성을 제시하지 않고 동시에 사용될 수 있도록 허용한다. 그 결과는 통신의 질과 용량에 있어서, 특히 신속하게 변하는 이동 시스템에 있어서 상당한 진전이다.

그러므로, 본 발명은 이후 요약된 많은 기본 특성과 이점을 갖는다:

1. 본 발명의 SA-CDMA 시스템은 무선 통신에서 공간 및 코드 다이버시티를 모두 사용하는 효과적이고 확실한 수단이다. 새로운 구조는 공간 채널의 동적 특성을 설명하고 최소로 복잡하게 최적의 실행도 증진을 이룬다.

2. TDD 동작은 각 다중경로 매개변수 보다는 공간적 기호를 근거로 다운링크 빔형성이 직접 실행되도록 허용하여, DOA 평가 및 연관을 요구하는 필요성을 제거한다.

3. S-CDMA 신호의 간섭 레지스턴스와 스마트 안테나의 공간 선택도가 서로 보완되어, 하드웨어와 알고리즘 결합에 대해 뛰어난 레지스턴스를 제공하고 전력 제어에서의 엄격한 요구사항을 완화시킨다.

4. DOA 정보에 부가하여, 각 가입자의 거리 정보가 또한 기지국에서 이용가능하므로, "배턴(Baton)" 전환 및 국부화의 실현을 허용하게 된다.

도 1은 섹터화된 안테나를 갖춘 종래 기술에 따른 무선 시스템과 그 불편한 점을 설명한다. 종래 기술의 시스템은 다수의 단자(10, 12, 및 14), 즉 무선 통신을 위해 단자를 소유하는 다수의 가입자를 포함한다. 시스템은 또한 다중채널 송수신기 어레이(40)와 기지대 처리기(도시되지 않은)를 구비한 기지국을 포함한다. 다른 단자로부터의 신호(s₁, s₁', s₂, 및 s₃)가 특정한 섹터내에서 다른 경로(20, 22, 24, 26)로부터 기지국에 도착한다는 사실을 사용함으로서, 다중채널 송수신기 어레이(40)는 적용범위 영역을 다수의 섹터로 분할하도록 구성된다. 각 섹터내에서의 방향성 전송 및 수신은 더 낮은 전력 소모, 더 높은 간섭 억제, 및 더 높은 용량을 제공하게 된다. 원칙적으로, 실행도 증진은 형성된 섹터의 수에 비례한다. 그러나, 실질적으로는 한 단자로부터 분기된 다중경로 반사(예를 들면, 경로 24로부터의 s₁, 구조 28로부터 반사된 경로 20로부터의 s₁')가 같은 섹터에 있지 않고 물리적으로 과도하게 작은 섹터가 설계될 수 없으므로 항상 맞는 것은 아니다. 더욱이, 두 섹터의 경계 부근에 위치하는 단자(12)는 심각하게 실행도가 저하될 수 있다. 같은 이유로, 전환 문제점은 또한 응용이 이동 단자를 포함하는 경우 더 심해진다.

같은 맥락에서, 도 2는 동일 채널(co-channel) 신호가 원격 단자(10, 12, 14)와 기지국 다중채널 송수신기 어레이(40) 사이에서 다른 방향으로 통신하는 SDMA 시스템의 기본 원리를 설명한다. 도면의 의도는 두 단자(12, 14)가 가깝게 위치할 때, 모든 DOA를 평가하고 소정의 레벨 이상으로 동일 채널 신호(22, 24)의 공간 분리를 유지하는 것이 실질적으로 실행불가능해짐을 나타내는 것이다. 부가하여, DOA가 분석될 수 있는 경우라도 같은 소스로부터의 다중경로 반사의 연관성은 하찮은 것이 아니다.

도 3은 본 발명의 시스템 및 방법이 상술된 문제점을 극복하는 방법을 설명한다. 이후 더 논의될 바와 같이, 본 발명은 다수의 단자와의 메시지 데이터를 통신하기 위해 시간 분할 이중(Time Division Duplex, TDD) 안테나 어레이 동기화 코드 분할 다중 억세스(Synchronous Code Division Multiple Access, S-CDMA) 통신 시스템을 구비한다. 설명된 SA-CDMA 구조에 따라, 직교 코드(orthogonal code)는 각 신호가 간섭에 대해 고유 레지스턴스를 소유하도록 원격 단자(10, 12, 14)에 지정된다. SDMA와 유사하게, 공간적 빔형성은 다중채널 송수신기 어레이(40)와 단자(10, 12, 14) 사이에서 통신하는데 사용된다. 그러나, 한가지 주요 차이점은 사용되고 있는 CDMA 억세스 구조로 인해, 동일 채널 신호가 공간적으로 완전히 분리될 필요가 없다는 점이다. 설명을 위해, 오버랩되는 빔 패턴을 구별되는 코드어로 나타내는데 다른 선의 종류가 사용된다. 종래의 SDMA 구조와 대조적으로, 한 단자에서의 동일 채널 신호는 CDMA에 의해 제공되는 간섭 면역성 때문에 SA-CDMA에서 허용된다. 결과적으로, 공간적 동작의 요구사항은 상당히 완화된다. 간섭을 제거하기 보다는 억제하는 적절한 빔형성의 설계에 의해, 실행도에서의 상당한 진전이 확실하고 낮은 복잡성의 동작으로 이루어질 수 있다. 간섭을 억제하고 안테나 어레이를 사용해 확실한 실행도 증진을 제공하는 기능은 SA-CDMA 발명에 유일하다.

도 4는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 SA-CDMA 시스템의 주요 기능 모듈을 설명하는 블록도이다. 상술된 바와 같이, 본 발명은 다수의 단자와의 메시지 데이터를 통신하기 위해 시간 분할 이중(TDD) 안테나 어레이 동기화 코드 분할 다중 억세스(S-CDMA) 통신 시스템을 구비한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기지국이라 칭하여지는 시스템은 하나 이상의 기저대 처리기(42)에 연결된 다중채널 송수신기 어레이(40)를 구비한다. 다중채널 송수신기 어레이(40)는 다수의 단자(1-P)와 무선 통신을 실행하도록 적용된다. 단자(1-P)는 무선 통신을 위해 가입자에 의해 사용되는 원격 통신 유닛을 구비한다. 그래서, 각각이 단자를 소유하는 다수의 가입자들은 무선 형태로 통신할 수 있다. 각 단자는 CDMA 통신을 위해 유일한 의사 잡음(Pseudo noise, PN) 신호 또는 PN 코드 시퀀스로 구성된다. 도 4에 도시된 시스템 또는 기지국은 또한 기지국과 통신할 수 있는 각 단자에 대해 PN 코드 시퀀스를 포함한다.

기저대 처리기(42)는 공중 네트워크(54)에 연결되고, 여기서 공중 네트워크는 다른 단자와의 통신을 위한 다른 기지국을 포함한다. 공중 네트워크는 또한 공중 교환 전화 네트워크(PSTN) 뿐만 아니라 다른 유선 또는 무선 네트워크를 포함한다. 이와 같이 공중 네트워크(54)로의 연결은 도 4에 도시된 단자(1-P)가 다른 기지국, 또는 PSTN과 같은 유선 네트워크에 연결된 가입자나 개인과의 무선 통신에서 단자와 통신할 수 있게 한다.

다중채널 송수신기 어레이(40)는 다수의 안테나와 다수의 송수신기를 구비한다. 다중채널 송수신기 어레이(40)는 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신하고 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 단자에 전송하는데 적용된다. 다중채널 송수신기 어레이(40)는 시간 분할 이중 방식으로 송수신하는데 적용된다. 다른 말로 하면, 다중채널 송수신기 어레이(40)는 제 1 시간 프레임 동안 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신하는데 적용되고, 제 2 시간 프레임 동안에는 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 단자로 전송하는데 적용된다.

그러므로, 도시된 바와 같이, SA-CDMA 시스템은 다수의 단자(단자 #1-#P)와 메시지 데이터를 통신하기 위한 것이다. 다중채널 송수신기 어레이(40)는 종래 기술에서와 같이 코히어런트 송수신기(coherent transceiver)를 통해 무선 주파수(RF) 대 기저대 변환을 실현한다. 기저대 처리기(42)는 다중채널 송수신기 어레이(40)에 연결되고, 공간 매개변수 평가, 업링크 및 다운링크 빔형성, CDMA 변조 및 복조 등과 같은 모든 기저대 동작을 실행한다. 기저대 처리기(42)는 추후 더 상세히 논의된다. 복조된 메시지는 공중 네트워크(54)에 전해지고, 이는 또한 현재 행해지는 바와 같이, 단자에 주어지는 메시지를 제공한다.

도 5는 기저대 처리기 하드웨어의 한 실시예를 도시한다. 양호한 실시예에서, 기저대 처리기(42)는 하나 이상의 디지털 신호 처리기(DSP)(44, 46, 및 48) 및 연관된 하나 이상의 메모리(62, 64, 및 66)를 구비한다. 메모리(62, 64, 및 66)는 기저대 기능을 실행하도록 하나 이상의 DSP(44, 46, 및 48)에 의해 실행가능한 코드 및 데이터를 저장한다. 다른 말로 하면, 하나 이상의 DSP(44, 46, 및 48)는 모든 기저대 기능을 실현하도록 메모리 유닛(62, 64, 및 66)에 저장된 프로그램 코드를 실행시킨다. 시스템 동작은 양호하게 전용 마이크로-제어기(68)에 의해 관리된다. 다른 작업은 전용 DSP를 사용해 또는 작업-공유에 의해 실현될 수 있다. 한 실시예에서, 기저대 처리기(42)는 단일 DSP 및 단일 메모리를 구비한다. 양호한 실시예에서, 기저대 처리기(42)는 다수의 DSP와 다수의 메모리를 구비한다. 기저대 처리는 하나 이상의 범용 CPU, 하나 이상의 프로그램된 마이크로 제어기, 이산적 논리, 또는 그들의 조합을 사용하는 것과 같은 다양한 다른 방식으로 실행될 수 있음을 주목한다.

도 6은 SA-CDMA 시스템의 한 실시예에 대한 블록도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 다중채널 송수신기 어레이(40)는 공간 처리기(60) 및 복조기(50)에 출력을 제공하도록 연결된다. 공간 처리기(60) 및 복조기(50)는 또한 양호하게 서로 연결된다. 다중채널 송수신기 어레이(40)는 변조기(52)로부터 입력을 수신한다. 공간 처리기(60)는 변조기(52)에 출력을 제공한다. 복조기(50)는 공중 네트워크(54)에 출력을 제공하고, 공중 네트워크(54)는 차례로 변조기(52)에 출력을 제공한다. 도 5에 대해 상술된 바와 같이, 양호한 실시예에서는 하나 이상의 DSP(44, 46, 및 48) 및 연관된 하나 이상의 메모리(62, 64, 및 66)가 다양한 기저대 기능을 실행한다. 그래서, 도 6에서는 공간 처리기(60), 복조기(50), 및 변조기(52)가 양호하게 상술된 바와 같이 하나 이상의 프로그램된 DSP를 구비한다. 그러나, 하나 이상의 공간 처리기(60), 복조기(50), 및 변조기(52)는 종래 기술에서 공지된 다른 것 중에서 프로그램된 CPU나 마이크로 제어기 및/또는 이산적 논리와 같은 다른 방법으로 실행될 수 있다.

다시 도 6을 참고로, 업링크 프레임 동안, 다중채널 송수신기 어레이(40)는 포개진 업링크 신호가 기저대로 다운변환될 수 있도록 수신 모드로 설정된다. 결과의 다중채널 업링크 S-CDMA 신호(70)의 조합은 공간 처리기(60) 및 복조기(50)에 전달된다. 공간 처리기(60)의 기능은 공간적 기호를 평가하는 것, 업링크 전력과 단자의 타이밍 오프셋을 결정하는 것, 및 업링크와 다운링크 빔형성 매트릭스나 벡터를 계산하는 것을 포함한다. 본 설명에서, "매트릭스(matrix)"란 말은 매트릭스와 벡터를 모두 포함하도록 의도되어, 벡터와 매트릭스란 용어는 상호교환가능하게 사용된다. 공간적 기호 평가는 다중채널 송수신기 어레이(40)와 각 단자의 전달 함수나 전달 특성을 포함한다.

복조기(50)와 변조기(52)는 기저대 빔형성과 S-CDMA 변조 및 복조를 실현하도록 공간 처리기에 연결된다. 특별히, 복조기(50)의 주요 기능은 각 단자로부터의 신호를 구조적으로 조합하고 공간 처리기에 의해 제공되는 다른 정보 및 업링크 빔형성 매트릭스를 사용해 업링크 메시지를 회복하는 것이다. 본 발명의 한 실시예에서, 공간 처리와 변조/복조는 배치 모드(batch mode)에서 실행되고, 다중채널 송수신기 어레이로부터의 측정(70)은 업링크 프레임내의 모든 데이터가 수집될 때까지 처리되지 않는다. 또 다른 실시예에서는 적응적 알고리즘이 사용되고, 정보(74)는 복조기(50)와 공간 처리기(60) 사이에서 연속적으로 교환된다. 복조 이후에, 복조된 업링크 메시지(80)는 응용에 따라 공중 네트워크(54)로 전해진다.

업링크 프레임 이후에, 다중채널 송수신기는 전송 모드로 교환된다. 단자에 주어진 메시지(82)는 같은 공중 네트워크(54)로부터 구해진다. 이전의 공간적 기호 평가를 근거로 계산된 다운링크 빔형성 매트릭스(78)는 공간 처리기(60)에 의해 변조기(52)로 제공된다. 변조기(52)는 모든 다운링크 메시지(82)를 변조시키고, 다중채널 송수신기 어레이(40)에 의해 전송되는 혼합된 다중 채널 다운링크 S-CDMA 신호(72)를 발생한다. 한 실시예에서는 변조가 각 신호의 코드 변조를 포함하고, 다운링크 빔형성 및 디지털 조합으로 이어진다. 결과의 혼합된 디지털 신호는 펄스 정형 및 디지털-대-아날로그 변환에 적용된다. 또 다른 실시예에서는 월시 직교 코드(Walsh orthogonal code)가 사용된다면, 고속 하다마드 변환(Fast Hadamard transform)을 사용해 코드 변조, 빔형성, 및 디지털 조합이 한 단계에서 실현된다. 또 다른 실시예에서는 다른 단자에 대한 각 메시지 신호에 D/A 변환이 실행되고 아날로그 조합기가 결과의 신호를 혼합하는데 사용된다.

도 7은 공간 처리기(60)를 구비한 기능 블록을 도시하는 보다 상세한 블록도이다. 공간 처리기(60)는 업링크 및 다운링크 빔형성 동작을 제어한다. 공간 처리기(60)는 수신기의 어레이로부터의 측정치인 입력(76)을 수신한다. 모범적인 실시예에서, 공간 처리기(60)는 또한 복조기(52)에서 역확산기에 의해 제공되는 각 단자에 대해 역확산 다중채널 심볼 시퀀스(74)를 구비하는 입력을 수신한다. 공간 처리기(60)는 공간적 기호를 평가하는 공간적 기호 평가기(90)를 포함한다. 한 실시예에서, 각 단자의 공간적 기호는 단자와 연관된 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유백터로 계산된다. 또 다른 실시예에서는 최대 에너지를 갖춘 심볼 시퀀스가 다중채널 심볼 시퀀스로부터 식별되고, 이어서 다중채널 심볼 시퀀스는 식별된 심볼 시퀀스에 대해 정상화된다. 결과의 정상화 다중채널 심볼 시퀀스의 평균은 공간적 기호 평가로 계산된다.

양호한 실시예에서, 공간 처리기(60)는 또한 전용 매개변수 평가기(92)를 포함하고, 이는 단자의 타이밍 오프셋 및 업링크 전력과 같은 신호 매개변수를 평가한다. 필요할 때, 매개변수평가기(92)는 또한 지형적 위치 결정 및 전환에 사용될 수 있는 DOA 평가를 제공한다. 그래서, 매개변수 평가기(92)는 공간적 기호 이외의 신호 매개변수를 평가한다.

공간 처리기(60)는 공간적 기호 평가기(90)에 연결된 RX 빔형성 제어기(96)와 TX 빔형성 제어기(94)를 포함한다. RX 빔형성 제어기(96)와 TX 빔형성 제어기(94)는 업링크 및 다운링크 빔형성 매트릭스를 계산한다. RX 및 TX 빔형성 제어기(94, 96)의 출력은 공간 빔형성을 위해 복조기(50)와 변조기(52)로 전달된다.

한 실시예에서, 타이밍 오프셋은 종래 기술에서 이미 공지된 상관기를 사용해 수신기 출력으로부터 평가된다. 이는 샘플링 비율이 칩 비율 보다 충분히 높은 경우에 적절하다. 제 2 실시예에서, 서브공간 타이밍 평가 알고리즘은 타이밍 오프셋의 고해상도 평가를 제공하는데 사용된다. 서브공간 타이밍 평가 알고리즘에 대한 더 많은 정보는 여기서 참고로 포함되는 E. Strom의 "비동기화 직접-시퀀스 코드-분할 다중 억세스 시스템에서의 전파 지연 평가(Propagation delay estimation in asynchronous direct-sequence code-division multiple access systems)", IEEE Trans. on Communications, vol. 44, no. 1, pp. 84-93, 1996년을 참고한다.

업링크 전력과 DOA 평가는 공간적 기호의 평가를 근거로 실행될 수 있다. 한 실시예에서, 업링크 전력은 각 단자와 연관된 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스의 주요 공유벡터로 계산된다. 또 다른 실시예에서는 업링크 전력이 각 단자와 연관된 빔형성 심볼 시퀀스의 직각 평균으로 평가된다. 한 실시예에서, DOA는 각 공간적 기호에 빔형성을 실행함으로서 결정된다. 또 다른 실시예에서, 고해상도 DOA 평가 알고리즘은 다중채널 심볼 시퀀스의 공분산 매트릭스에 직접적으로 적용된다. 또 다른 실시예에서는 적응적 전력 및 DOA 평가 방법이 이들 매개변수의 변화를 추적하는데 적용될 수 있다. DOA 평가는 타이밍 오프셋과 연관되어 사용될 때 단자의 위치를 정하도록 거리 및 방향 정보를 제공하므로, 다른 셀간의 전환을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.

이와 같이, 공간 처리기(60)는 공간적 기호 평가, 모든 단자에 대해 업링크와 다운링크 빔형성 매트릭스를 구성하는 것, 및 단자의 타이밍 오프셋과 업링크 전력과 같은 신호 매개변수를 평가하는 것과 같은 기능을 실행한다.

도 8은 본 발명에 따라 변조기(50)의 모범적인 실시예를 설명한다. 변조기(50)는 베이스 유닛과 통신할 수 있는 단자의 수를 근거로 다수의 확산기(150)를 포함한다. 도 8에 도시된 실시예에서는 단자로 주어지는 신호(80), 예를 들면 각 단자 1 내지 P에 대한 s₁(k) 내지 s_p(k)가 PN 코드 발생기(102)에 의해 제공되는 PN 코드 시퀀스(140, 142)를 사용해 확산기(150, 152)에 의해 먼저 확산된다. 한 세트의 다운링크 빔형성기(154, 156)는 다운링크 빔형성 매트릭스(w^t ₁내지 w^t _p)를 사용해 결과의 칩 시퀀스(160, 162)에 가중치를 더하도록 확산기에 연결된다. 최종 세트의 SA-CDMA 변조기(50)는 빔형성된 시퀀스를 조합하고 다중채널 업링크 S-CDMA 신호(168)를 발생한다. 이는 본 실시예에서 디지털 조합기(158)에 의해 이루어진다.

SA-CDMA 복조기(52)의 실시예는 도 9에 도시된다. 복조기(52)의 구성은 변조기(50)와 반대되는 구조이다. 역확산기(98, 100)는 PN 코드 발생기(102)에 의해 제공되는 PN 코드 시퀀스를 사용해 각 단자에 대한 다중채널 업링크 S-CDMA 신호(82)를 역확산시키도록 다중채널 송수신기 어레이(수신기로 구성된)에 연결된다. 역확산기의 출력은 다른 단자에 대한 다중채널 심볼 시퀀스(122, 124)이다. 각 단자에서, 업링크 빔형성기(104) 또는(106)는 이 단자에 다중채널 심볼 시퀀스를 제공하는 역확산기에 연결된다. 업링크 빔형성기는 연관된 업링크 빔형성 매트릭스(w^r ₁내지 w^r _p)를 사용해 대응하는 다중채널 심볼 시퀀스를 조합함으로서 증진된 신호(126, 128)를 구한다. 빔형성 출력(126, 128)은 검출기(108, 110)를 따라 전달되고, 여기서 단자로부터의 메시지 데이터(s₁(k), ..., s_p(k))는 현재 기술에서와 같이 검출된다.

상술된 변조 및 복조 구조는 하드웨어 불균형을 갖지 않는 이상적인 다중채널 송수신기인 것으로 가정한다. 그러나, 실질적으로는 하드웨어 결합이 불가피하다. 이를 감당하기 위해, 일반적으로 시스템 측정이 요구된다. 여기에서는 수신기 회로의 보상이 공간적 기호의 평가 이전에 실행되는 반면, 전송기 회로의 보상은 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호의 전송 이전에 실행되는 것으로 가정한다.

본 발명의 동작

본 발명의 SA-CDMA 시스템의 블록 구조가 설명되었고, 다음에는 본 발명의 동작을 더 상세히 설명한다.

현재 TDD 통신의 실시에서는 원격 단자로부터의 업링크 신호가 업링크 프레임 동안 기지국에 의해 수신된다. 기지국은 메시지 신호를 복조하고, 그 응용에 따라 단자에 다시 이들을 교환하여 전달하거나 이들을 네트워크로 중계한다. 직후의 업링크 프레임은 기지국이 변조된 메시지를 단자에 전달하는 다운링크 프레임이다. 본 발명은 상술된 바와 같은 이중화 포맷을 채택한다.

도 10은 설명된 TDD 스마트 안테나 CDMA 시스템의 동작 흐름을 도시한다. 업링크 프레임의 수신으로부터 시작되어, 다중채널 송수신기 어레이(40)의 출력은 다른 동작 이전에 먼저 수신기 회로 측정 매트릭스 또는 벡터로 보상된다. 일단 수신기 하드웨어 불균형이 고려되면, 업링크 S-CDMA 신호의 조합은 역확산되어 다른 단자에 대한 다중채널 심볼 시퀀스를 만들게 된다. 상술된 바와 같이, 업링크 S-CDMA 신호의 조합은 각 단자에 대한 PN 코드 시퀀스를 사용해 각 단자에 대해 역확산된다. 역확산된 이후에, 결과의 신호는 공간적 기호 평가에 적용된다. 공간적 기호 평가는 각 단자와 기지국 사이에서 전송 경로의 전달 함수 또는 전달 특성을 결정하도록 실행된다. 업링크 프레임 동안, 다운링크 빔형성 매트릭스는 다음의 다운링크 프레임에 사용될 수 있도록 구성된다. 각 단자에 대한 다운링크 빔형성 매트릭스는 양호하게 각 단자에 대한 공간적 기호 평가를 근거로 구성된다. 양호한 실시예에서, 업링크 빔형성, 복조, 및 매개변수 평가와 같은 나머지 RX 동작은 업링크 프레임내에서 완료될 필요는 없다.

업링크가 완료되면, 원격 단자에 전해지는 메시지 데이터는 먼저 종래의 S-CDMA 시스템에서와 같이 변조된다. 다운링크 빔형성은 계산된 다운링크 빔형성 매트릭스를 사용해 실행된다. 기저대 TX 처리를 완료시키도록, 모든 빔형성된 신호는 조합되고, 전송기 하드웨어 불균형은 보상된다. 결과의 신호는 이어서 단자로의 전송을 위해 다중채널 전송기로 인가된다. 상기의 과정은 TDD 방식으로 반복된다.

상세한 동작에 대해, M개 코히어런트 송수신기에 연결된 M개 안테나를 갖춘 기지국 시스템을 고려해본다. 업링크 프레임 동안, 기지국 송수신기는 수신 모드로 설정되고, P 단자로부터의 포개신 신호는 수신기의 어레이에 의해 다운변환되어 샘플링된다. 설명을 위해, 원격 단자로부터 K개의 심볼이 전송되는 것으로 가정한다. 각 심볼은 미리 지정된 PN 코드 시퀀스를 근거로 L개 칩으로 확산된다. 제 m 수신기로부터 제 k 심볼 주기 동안 제 n 샘플이 y_m(k,n)이라 나타내지면,

여기서, s_i(k)는 제 i 단자로부터의 제 k 심볼이고, p_i(k,n) n = 1, ..., L은 제 k 심볼에 대한 확산 PN 코드이고, a_i,m은 제 i 단자로부터의 신호에 대한 제 m 안테나의 복소수 응답이고, e_m(k,n)은 전체적인 간섭을 반복한다. 모든 안테나로부터의 a_i,m즉, a_i= [a_i,1... a_i,M]^T는 베이스 안테나 어레이와 제 i 단자의 공간 특성을 나타내는 공간적 기호를 구성한다. 전파 채널이 긴 지연 다중경로로 주파수 선택되는 응용에서는 공간적 기호가 채널의 메모리 효과를 나타내도록 벡터 대신에 매트릭스가 된다. 더 많은 정보는 H. Liu 및 M. Zoltowski의 "안테나 어레이 CDMA 시스템에서의 블라인드 등화(Blind Equalization in Antenna Array CDMA Systems)", IEEE Trans. on Signal Processing, 1997년 1월; D. Johnson 및 D. Dudge의 "어레이 신호 처리, 개념, 및 기술(Array Signal Processing, Concepts and Techniques)", Prentice Hall, 1993년을 참고한다. 간략하게, 논의 내용은 주파수 비선택 채널에 제한되고 모든 SA-CDMA 동작은 벡터 공간적 기호를 근거로 논의된다.

복조의 목적은 연관된 PN 코드 시퀀스와 공간적 기호를 사용해 각 단자로부터 정보 산출 메시지 데이터, 즉 s_i(k)를 회복하는 것이다. 이를 이루기 위해서는 단자의 공간적 기호를 평가하고 그에 따라 공간 빔형성을 위한 업링크 및 다운링크 빔형성 매트릭스(이 경우에서는 벡터)를 계산할 필요가 있다.

도 11은 평가 과정의 한 실시예를 도시한다. 각 단자에 대해, y_m(k,n), m = 1, ..., M에는 먼저 역확산이 실행된다. s_i(k)가 관심있는 신호(signal of interest, SOI)이면, 역확산은 다음과 같이 수학적으로 기술된다.

벡터의 형태로 모든 안테나로부터 xⁱ _m(k)를 적층하면,

여기서, T는 전위를 나타낸다.

역확산에 이어서, 각 심볼 시퀀스의 신호 전력은으로 계산된다. 공간적 기호 평가는 다음의 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스를 소자 평균화함으로서 얻어질 수 있다.

여기서, m은 최대 신호 전력을 갖는 심볼 시퀀스의 인덱스이다.

다른 방법으로, 도 12에 도시된 또 다른 실시예에서는 단자 i의 다중채널 심볼 시퀀스가 주어지면 데이터 공분산 매트릭스가 형성된다.

제 i 사용자의 공간적 기호, 즉 a_i= [a_i1... a_iM]^T는 상기 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터로 쉽게 결정된다. EVD(eigen-decompositions) 및 SVD(singular-value decompositions)와 같이 공지된 수학적 기술이 사용될 수 있다. 요구 동작을 계산적으로 포함하지 않고 단자의 공간적 기호를 정확히 식별하는 기능은 본 발명에 유일하다.

일단 공간적 기호 평가가 이용가능하면, RX 빔형성 제어기(96)는 업링크 빔형성 매트릭스 또는 벡터의 구성을 시작한다.

결과의 매트릭스 또는 벡터는 다음과 같이 각 단자에 대해 빔형성된 심볼 시퀀스를 형성하도록 다중채널 심볼 시퀀스에서 모든 심볼 시퀀스를 조합하는데 사용된다.

상기에 정의된 업링크 빔형성에 대해 보다 상세한 정보는 D. Johnson 및 D. Dudgen의 "어레이 신호 처리, 개념, 및 기술(Array Signal Processing, Concepts and Techniques)", Prentice Hall, 1993년을 참고한다.

역확산 및 업링크 빔형성 때문에, s^의 신호-대-간섭비(SIR)는 상당히 증가된다. 결과적으로, 무선 통신의 질과 용량은 비례적으로 증가된다. 증진된 신호는 종래 기술에서 공지된 바와 같은 검출을 위해 신호 검출기(108, 110)로 전달될 수 있다.

한 실시예에서, 적어도 단자의 서브세트에 대해, 업링크 빔형성 벡터는 단자의 공간적 기호 평가와 동일하다. 또 다른 실시예에서는 최대 신호-대-간섭 및 잡음비(SINR) 업링크 빔형성 벡터가 더 낮은 결과를 산출하도록 구성될 수 있게 잡음 특성 및 다른 공간적 매개변수가 고려된다. 또 다른 실시예에서, 업링크 빔형성 벡터는 단자에 대한 비트-에러비(bit-error-rate, BER)를 최소화하도록 설계된다. 상기의 기능을 실현하기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있다.

유사하게, 전송 빔형성 벡터는 공간적 기호 평가를 근거로 TX 빔형성 제어기(94)에 의해 구성된다. 다시, 한 실시예에서는 적어도 단자의 서브세트에 대해 다운링크 빔형성 벡터가 대응하는 공간적 기호 평가와 동일하다. 다른 기준, 예를 들면 최대 SINR 및 최소 BER을 사용한 다른 보다 복잡한 알고리즘은 더 나은 실행도로 다운링크 빔형성 벡터를 설계하는데 사용될 수 있다.

수신에 이어서, 다중채널 송수신기는 전송 모드에 있도록 구성된다. 원격 단자에 지정된 심볼 시퀀스는 현재 S-CDMA 시스템에서 행해지는 바와 같이 코드 변조되고, 이어서 전송기에 인가되기 이전에 빔형성되어 조합된다. 바람직한 실시예에서는 상기의 기능이 디지털적으로 실현된다. 제 m 전송기로부터 전송된 제 m 신호 시퀀스는 수학적으로 다음과 같이 표시될 수 있다.

각 심볼 s_i(k)(간략하게 업링크에서와 같이 똑같은 표시를 사용하는)는 소정의 PN 코드 시퀀스 p_i(k,n)를 사용해 확산된다. w¹ _t(m)은 제 i 단자에 대한 제 m 다운링크 빔형성 계수이다. 상기에 정의된 다운링크 빔형성에 대한 상세한 내용은 D. Johnson 및 D. Dudgen의 "어레이 신호 처리, 개념, 및 기술(Array Signal Processing, Concepts and Techniques)", Prentice Hall, 1993년을 참고한다. 비록 업링크에서 같은 PN 코드가 상기의 표시에서 사용되므로, 이는 현재 발명의 제한이 없음을 주목한다.

y_m(k,n), m = 1, ..., M을 전송기의 어레이에 전함으로서, 각 메시지는 다운링크 빔형성 벡터 w_i ^t= [w_i ^t(1) ... w_i ^t(M)]에 의해 결정된 다른 공간 채널을 통해 전달된다. 각 메시지는 또한 서로 구별되도록 특유의 코드 시퀀스로 나타내진다. 이 방법으로, 코드 및 공간적으로 선택된 전송이 이루어진다. 간단하고 확실한 동작으로 실행도를 최대화시키는 기능은 본 발명에 유일하다.

상기의 과정은 본 발명에 따른 SA-CDMA 구조의 배치-모드 실시예이다. 또 다른 실시예에서, 공간적 기호 평가, 빔형성 벡터 구성, 및 업링크와 다운링크 빔형성은 종래 기술에서 이미 공지된 적응적 서브공간 트래킹 및 회귀적 빔형성 등과 같은 적응적 알고리즘을 사용해 실행될 수 있다. 보다 복잡한 실시예에서도 공간 빔형성의 효율성은 단자에서 기지국으로 다시 복귀될 수 있어 실행도를 더 증진시킨다.

상기의 논의는 SA-CDMA 시스템에서 두가지 기본적인 동작, 즉 변조 및 복조에 관한 것이다. 기본적인 전송 및 수신 동작을 위해 빔형성 벡터를 제공하는 것에 부가하여, 공간 처리기(60)는 또한 확실한 무선 링크를 유지하도록 필요한 신호 매개변수를 제공한다. 특히, 매개변수 평가기(92)는 각 단자와 연관된 타이밍 오프셋과 업링크 전력을 결정한다. 전력 평가는 폐쇄 루프 전력 제어에 사용될 수 있는 반면, 타이밍 오프셋 평가는 동기화에 요구된다.

한 실시예에서, 타이밍 오프셋은 수신된 신호를 다른 지연으로 단자의 PN 코드 시퀀스와 상호연관시키고 종래 기술에서 공지된 기술인 상관기 출력의 피크의 위치를 결정함으로서 평가된다. 이어서, 타이밍 오프셋은 동기화를 위해 다음의 전송 프레임에 이 단자로 다시 복귀된다.

타이밍 조정과 비교하여, 전력 제어는 이동 환경에서 채널 변화가 빠르므로 더 자주 행해질 필요가 있다. 한 실시예에서, 다중채널 심볼 시퀀스 xⁱ(k)의 직각 평균은 단자에 대한 전력 평가로 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서는 공분산 매트릭스 R_xi의 주요 공유 벡터가 더 정확한 전송 전력의 평가를 제공한다. 또 다른 실시예에서는 업링크 전력이 빔형성된 심볼 시퀀스 s^_i의 직각 평균으로 평가된다. 또 다른 실시예에서는 빔형성기 출력의 전력 중 잡음 분포를 고려함으로서 더 정확한 전력 평가가 이루어질 수 있다.

공분산 매트릭스 R_xi및/또는 제 i 단자와 연관된 공간적 기호 a_i는 모두 공간 정보를 포함하므로, DOA, 다중경로 반사의 수 등과 같은 상세한 공간 매개변수를 제공할 수 있다. 종래 기술에서 공지된 많은 기술이 사용될 수 있다. 수신기 출력의 공분산 매트릭스를 사용하는 종래의 접근법과 대조하여, 각 단자의 공간 매개변수 평가는 두 단계로 이루어진다. 제 1 단계는 각 단자에 대한 공간 정보를 공분산 매트릭스 또는 공간적 기호 평가와 분리시키는 반면, 제 2 단계는 이들 평가를 근거로 상세한 정보를 제공한다. 이 방법으로, 한 단계에서 평가된 DOA의 총수는 한 단자와 연관된 것으로 상당히 줄어들므로, 보다 정확한 평가를 제공하게 되고 연관된 성가신 문제점도 또한 방지된다.

DOA 평가는 단자의 정확한 위치 정보를 제공하도록 타이밍 오프셋 평가와 연관되어 사용될 수 있다. 단자의 방향 및 거리 정보를 모두 제공하는 기능은 본 발명에 유일하다. 이러한 정보는 전환 및 위치 정보를 요구하는 다른 서비스를 용이하게 하는데 사용될 수 있다. DOA 평가가 공간적 기호 평가를 사용해 직접적으로 얻어질 수 있다는 사실은 본 발명이 최소의 수정으로 현재 및 미래의 FDD S-CDMA 시스템에 적용될 수 있게 한다.

상기의 설명은 특정한 명세사항을 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위에 대한 제한으로 해석되지 말고 한 양호한 실시예 및 응용의 설명으로 해석되어야 한다. 종래 기술에 숙련된 자에게는 본 발명의 범위 또는 의도에서 벗어나지 않고 본 발명의 스마트 어레이 S-CDMA 통신 시스템 및 방법에 다양한 수정이 이루어질 수 있음이 명백하고, 본 발명은 청부된 청구항의 범위에서 제공되는 안테나 어레이 통신 시스템 및 방법의 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

다수의 단자와 메시지 데이터를 통신하는 시간 분할 이중(Time Division Duplex, TDD) 안테나 어레이 동기화 코드 분할 다중 억세스(Synchronous Code Division Multiple Access, S-CDMA) 통신 시스템에 있어서:

다수의 안테나와 다수의 송수신기를 구비하고, 상기 단자로부터 다중채널 업링크(uplink) S-CDMA 신호의 조합을 수신하고 다중채널 다운링크(downlink) S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하도록 적용되고, 시간 분할 이중 방식으로 다른 시간 프레임 동안 상기 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 수신하고 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하도록 적용되는 다중채널 송수신기 어레이;

다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합으로부터 상기 단자와 연관된 공간적 신호 평가를 결정하도록 상기 다중채널 송수신기 어레이에 연결된 공간 처리기(spatial processor);

다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합으로부터 상기 단자에서부터의 업링크 메시지의 평가를 결정하도록 상기 공간 처리기 및 상기 다중채널 송수신기 어레이에 연결된 복조기; 및

상기 단자로 향하는 메시지를 전송하기 위해 상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 발생하도록 상기 다중채널 송수신기 어레이에 연결된 변조기를 구비하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 각 단자는 유일한 PN 코드 시퀀스를 포함하고,

상기 시스템은 상기 복조기 및 상기 공간 처리기에 연결된 역확산기(despreader)를 더 구비하여, 상기 다수의 단자 각각에 대해, 상기 역확산기가 다중채널 심볼 시퀀스를 구하도록 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 역확산시키는데 상기 각 단자의 PN 코드 순차를 사용하고, 상기 다중채널 심볼 시퀀스는 다수의 심볼 시퀀스를 포함하고,

상기 공간 처리기는 상기 다중채널 심볼 시퀀스에 응답해 상기 공간적 기호 평가를 만드는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 공간 처리기는 최대 신호 전력으로 상기 다중채널 심볼 시퀀스로부터 심볼 시퀀스를 식별하고, 또한 최대 신호 전력으로 상기 식별된 심볼 시퀀스에 대해 상기 다중채널 심볼 시퀀스를 정상화시키도록 동작하여 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스를 구하고,

상기 공간 처리기는 상기 공간적 기호 평가를 제공하도록 상기 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스의 평균을 계산하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 공간 처리기는 상기 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스를 형성하고,

상기 공간 처리기는 상기 공간적 기호 평가로 상기 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터(eigenvector)를 계산하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 처리기는 상기 각 단자와 연관된 도착 방향(direction of arrival, DOA) 평가를 포함하는 각각의 다중경로 매개변수를 결정하도록 동작가능하고,

상기 DOA 평가는 상기 단자의 위치를 결정하고 전환(handoff)을 보조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 공간 처리기는 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 DOA 평가를 결정하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 공간 처리기는 각 단자와 연관된 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스를 근거로 DOA 평가를 결정하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 처리기는 상기 각 단자와 연관된 업링크 전력 평가를 결정하고,

상기 업링크 전력 평가는 전력 제어에 사용되고,

상기 공간 처리기는 각 단자와 연관된 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터로 상기 업링크 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 처리기는 상기 각 단자와 연관된 업링크 전력 평가를 결정하고,

상기 업링크 전력 평가는 전력 제어에 사용되고,

상기 공간 처리기는 각 단자와 연관된 빔형성된 심볼 시퀀스의 직각 평균으로 상기 업링크 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 공간 처리기는 상기 단자와 연관된 타이밍 오프셋 평가를 결정하고, 상기 타이밍 오프셋 평가는 상기 단자의 동기화에 사용되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 공간 처리기는:

상기 각 단자와 연관되어 전환을 보조하는데 사용되는 DOA 평가를 포함하는 각각의 다중경로 매개변수를 결정하는 수단;

상기 각 단자와 연관되어 동기화에 사용되는 타이밍 오프셋 평가를 결정하는 수단; 및

상기 타이밍 오프셋 평가에 의해 제공되는 거리 정보와 상기 DOA 평가를 조합함으로서 각 단자의 지형적 위치를 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 각 단자는 유일한 PN 코드 순차를 포함하고,

상기 시스템은 복조기 및 공간 처리기에 연결된 역확산기를 더 구비하여, 상기 각 단자에 대해 상기 역확산기는 연관된 공간적 기호 평가를 구하도록 상기 다중채널 업링크 S-CDMA 신호를 역확산시키도록 동작하고, 상기 다수의 단자의 각 단자에 대해 상기 역확산기는 다중채널 심볼 시퀀스를 구하도록 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 역확산시키는데 상기 각 단자의 PN 코드 시퀀스를 사용하고, 상기 다중채널 심볼 시퀀스는 다중채널 송수신기 어레이에 구비된 각 송수신기에 대해 다수의 심볼 시퀀스를 포함하고,

복조기는 역확산기에 연결되어 상기 역확산기로부터 상기 다중채널 심볼 시퀀스 출력을 수신하고, 상기 복조기는,

상기 각 단자의 업링크 빔형성 매트릭스를 사용해 상기 다중채널 심볼 시퀀스를 조합함으로서 각 단자에 대해 증진된 신호를 구하는 업링크 빔형성기, 및

상기 증진된 신호로부터 상기 각 단자에 의해 전송된 메시지 데이터를 결정하는 검출기를 포함하고,

그에 의해 코드 및 공간 다이버시티(spatial diversity)가 모두 신호 수신에서의 간섭 및 잡음을 억제하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 변조기는:

상기 각 단자에 대해 PN 코드를 제공하는 PN 코드 발생기;

상기 각 단자에 대해 S-CDMA 신호를 발생하도록 상기 PN 코드 발생기에 연결되고, 상기 각 단자에 대해 상기 S-CDMA 신호를 발생할 때 상기 각 단자에 대한 각 PN 코드를 사용하는 확산기;

상기 각 단자에 대해 빔형성된 S-CDMA 신호를 만들고, 상기 각 단자에 대해 상기 빔형성된 S-CDMA 신호를 만들 때 상기 각 단자와 연관된 상기 전송 빔형성 매트릭스를 사용하는 다운링크 빔형성기; 및

상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 만들도록 상기 빔형성된 S-CDMA 신호를 조합하는 조합기를 포함하고,

그에 의해 코드 및 공간 다이버시티가 모두 신호 전송에서의 간섭 및 잡음을 억제하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 업링크 빔형성 매트릭스는 상기 각 단자에 대한 공간적 기호 평가와 동일한 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 업링크 빔형성 매트릭스는 상기 각 단자에 대한 신호-대-간섭-및-잡음비(SINR)를 최대화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 업링크 빔형성 매트릭스는 상기 각 단자에 대한 비트-에러-비율(BER)을 최소화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 다운링크 빔형성 매트릭스는 각 단자에 대한 공간적 기호 평가와 동일한 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 다운링크 빔형성 매트릭스는 상기 각 단자에 대한 신호-대-간섭-및-잡음비(SINR)를 최대화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 다운링크 빔형성 매트릭스는 상기 각 단자에 대한 비트-에러-비율(BER)을 최소화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 다중채널 송수신기 어레이내의 상기 각 송수신기는 전송기 회로와 수신기 회로를 구비하고,

상기 시스템은 상기 다중채널 송수신기의 불균형을 정정하도록 상기 다중채널 송수신기 어레이를 측정하는 수단을 더 구비하고,

상기 수신기 회로를 측정하는 상기 수단은 상기 공간적 기호의 평가 이전에 동작하고,

상기 전송기 회로를 측정하는 상기 수단은 상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호의 전송 이전에 동작하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 공간 처리기, 상기 복조기, 및 상기 변조기는 하나 이상의 디지털 처리기에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
다수의 단자와 메시지 데이터를 통신하는 방법에 있어서:

단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 수신하는 단계;

상기 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합으로부터 단자와 연관된 공간적 기호 평가를 결정하는 단계;

공간적 기호 평가를 근거로 업링크 및 다운링크 빔형성 매트릭스를 계산하는 단계;

다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합으로부터 상기 단자에서부터의 업링크 메시지를 복조하여, 상기 업링크 메시지의 상기 결정 평가가 상기 업링크 빔형성 매트릭스를 사용하는 단계;

상기 단자를 향하는 메시지를 전송하도록 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 변조하는 단계; 및

상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하는 단계를 구비하고,

시간 분할 이중 방식에서, 상기 수신은 제 1 시간 프레임 동안 상기 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신하도록 적용되고, 상기 전송은 제 2 시간 프레임 동안 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 각 단자는 유일한 PN 코드 시퀀스를 포함하고,

상기 방법은 상기 다수의 단자 각각에 대해 상기 각 단자의 PN 코드 시퀀스로 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 역확산시켜 다수의 심볼 시퀀스를 포함하는 다중채널 심볼 시퀀스를 구하는 단계를 더 구비하고,

상기 공간적 기호 평가를 결정하는 단계는:

최대 신호 전력으로 상기 다중채널 심볼 시퀀스로부터의 시퀀스를 식별하는 단계;

최대 신호 전력으로 상기식별된 심볼 시퀀스에 대해 상기 다중채널 심볼 시퀀스를 정상화시켜 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스를 구하는 단계; 및

상기 공간적 기호 평가를 제공하도록 상기 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스를 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 각 단자는 유일한 PN 코드 시퀀스를 포함하고,

상기 방법은 상기 다수의 단자 각각에 대해 상기 각 단자의 PN 코드 시퀀스로 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 역확산시켜 다수의 심볼 시퀀스를 포함하는 다중채널 심볼 시퀀스를 구하는 단계를 더 구비하고,

상기 공간적 기호 평가를 결정하는 단계는:

상기 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스를 형성하는 단계; 및

상기 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터를 상기 공간적 기호 평가로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가를 결정하는 단계는:

상기 각 단자와 연관된 도착 방향(DOA) 평가를 포함하는 각각의 다중경로 매개변수를 결정하는 단계를 더 구비하고,

상기 DOA 평가는 상기 단자의 위치를 정하고 전환을 보조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 25 항에 있어서, 상기 각각의 다중경로 매개변수를 결정하는 단계는 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 DOA 평가를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 25 항에 있어서, 상기 각각의 다중경로 매개변수를 결정하는 단계는 각 단자와 연관된 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스를 근거로 DOA 평가를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가를 결정하는 단계는:

상기 각 단자와 연관된 업링크 전력 평가를 결정하는 단계를 더 포함하고,

상기 업링크 전력 평가는 전력 제어에 사용되고,

상기 업링크 전력 평가를 결정하는 단계는 각 단자와 연관된 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터로 상기 전송 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가를 결정하는 단계는:

상기 각 단자와 연관된 업링크 전력 평가를 결정하는 단계를 더 포함하고,

상기 업링크 전력 평가는 전력 제어에 사용되고,

상기 업링크 전력 평가를 결정하는 단계는 각 단자와 연관된 다중채널 심볼 시퀀스의 직각 평균으로 상기 업링크 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가를 결정하는 단계는:

상기 각 단자와 연관된 타이밍 오프셋 평가를 구하는 단계를 더 포함하고, 상기 타이밍 오프셋 평가는 동기화에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가를 결정하는 단계는:

상기 각 단자와 연관되어 전환에 사용되는 도착 방향(DOA) 평가를 포함하는 각각의 다중경로 매개변수를 결정하는 단계;

상기 각 단자와 연관되어 동기화에 사용되는 타이밍 오프셋 평가를 구하는 단계; 및

상기 타이밍 오프셋 평가에 의해 제공되는 거리 정보와 상기 DOA 평가를 조합함으로서 각 단자의 지형적 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 각 단자는 유일한 PN 코드 시퀀스를 포함하고, 상기 방법은:

상기 다수의 단자 각각에 대해 상기 각 단자의 PN 코드 시퀀스로 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 역확산시켜 다수의 심볼 시퀀스를 포함하는 다중채널 심볼 시퀀스를 구하는 단계;

상기 각 단자의 수신 빔형성 매트릭스를 사용해 상기 다중채널 심볼 시퀀스를 조합함으로서 동작되고, 각 단자에 대해 증진된 신호를 구하도록 업링크 빔형성을 실행하는 단계; 및

상기 증진된 신호로부터 상기 각 단자에 의해 전송된 메시지 데이터를 결정하는 단계를 더 구비하고,

코드 및 공간 다이버시티가 모두 신호 수신에서의 간섭 및 잡음을 억제하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 변조 단계는:

상기 각 단자에 대해 PN 코드를 발생하는 단계;

상기 각 단자에 대한 메시지 신호를 확산시키고, 상기 발생 단계가 상기 각 단자에 대해 S-CDMA 신호를 발생할 때 상기 각 단자에 대한 각 PN 코드를 사용하는 단계;

상기 각 단자에 대해 빔형성된 S-CDMA 신호를 제공하도록 다운링크 빔형성을 실행하고, 상기 다운링크 빔형성의 실행이 상기 각 단자에 대해 상기 빔형성된 S-CDMA 신호를 만들 때 상기 각 단자와 연관된 상기 다운링크 빔형성 매트릭스를 사용하는 단계; 및

상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 만들도록 상기 빔형성된 S-CDMA 신호를 조합하는 단계를 포함하고,

코드 및 공간 다이버시트가 모두 신호 전송에서의 간섭 및 잡음을 억제하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 업링크 빔형성 매트릭스는 상기 각 단자에 대한 공간적 기호 평가와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,

적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 업링크 빔형성 매트릭스를 상기 각 단자에 대한 신호-대-간섭-및-잡음비(SINR)를 최대화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,

적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 업링크 빔형성 매트릭스를 상기 각 단자에 대한 비트-에러-비율(BER)을 최소화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 다운링크 빔형성 매트릭스는 각 단자에 대한 공간적 기호 평가와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,

적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 다운링크 빔형성 매트릭스를 상기 각 단자에 대한 신호-대-간섭-및-잡음비(SINR)를 최대화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성되는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,

적어도 상기 단자의 서브세트에 대해, 각 단자에 대한 다운링크 빔형성 매트릭스를 상기 각 단자에 대한 비트-에러-비율(BER)을 최소화하도록 상기 각 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 구성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 방법은 다수의 단자와 메시지 데이터를 통신하는 시간 분할 이중(TDD) 안테나 어레이 동기화 코드 분할 다중 억세스(S-CDMA) 통신 시스템에서 동작되고, 상기 시스템은 다중채널 송수신기 어레이를 포함하고, 상기 다중채널 송수신기 어레이내의 상기 송수신기 각각은 전송기 회로와 수신기 회로를 구비하고,

상기 방법은:

상기 다중채널 송수신기의 불균형을 정정하도록 상기 다중채널 송수신기 어레이를 측정하는 단계를 더 구비하고,

상기 수신기 회로를 측정하는 단계는 상기 공간적 기호 평가를 결정하기 이전에 동작되고,

상기 전송기 회로를 측정하는 단계는 상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 전송하기 이전에 동작되는 것을 특징으로 하는 방법.
기지국과 다수의 단자 사이에서 메시지 데이터를 통신하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 방법에 있어서:

다중채널 수신기를 사용해, 상기 기지국에서 업링크 프레임 동안 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신하는 단계;

단자의 PN 코드 시퀀스를 사용해, 상기 각 단자에 대한 역확산 다중채널 결과를 구하도록 역확산하는 단계;

상기 역확산 다중채널 결과로부터 상기 각 단자와 연관된 공간적 기호를 평가하는 단계;

상기 단자의 공간적 기호 평가를 근거로 수신 및 전송 빔형성 벡터나 매트릭스를 발생하는 단계;

상기 각 단자에 대해 증진된 신호를 구하도록 상기 수신 빔형성 벡터나 매트릭스를 사용해 상기 역확산 다중채널 결과를 업링크 빔형성하는 단계;

상기 각 단자로부터의 메시지 데이터를 회복하도록 상기 증진된 신호를 복조하는 단계;

상기 각 단자에 대한 S-CDMA 신호를 구하도록 메시지 데이터를 변조하는 단계;

상기 각 단자에 대해 빔형성된 S-CDMA 신호를 구하도록 상기 전송 빔형성 매트릭스를 사용해 상기 S-CDMA 신호를 다운링크 빔형성하는 단계;

다운링크 다중채널 S-CDMA 신호를 구하도록 상기 빔형성된 S-CDMA 신호를 모두 조합하는 단계; 및

다중채널 전송기로부터 다운링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 상기 업링크 프레임에 이어지는 다운링크 프레임에 전송하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
다수의 단자와 메시지 데이터를 통신하는 시간 분할 이중(TDD) 안테나 어레이 동기화 코드 분할 다중 억세스(S-CDMA) 통신 시스템에 있어서:

다수의 안테나와 다수의 송수신기를 구비하고, 상기 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신하고 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하도록 적용되고, 시간 분할 이중 방식으로 제 1 시간 프레임 동안 상기 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 수신하도록 적용되고 제 2 시간 프레임 동안 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하도록 적용되는 다중채널 송수신기 어레이;

코드 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리; 및

상기 하나 이상의 메모리에 연결되고, 상기 하나 이상의 메모리로부터의 코드를 실행하도록 동작가능한 하나 이상의 디지털 신호 처리기를 구비하고,

상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합으로부터 단자와 연관된 공간적 기호 평가를 결정하도록 동작가능하고, 상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 또한 공간적 기호 평가를 근거로 업링크 및 다운링크 빔형성 매트릭스를 계산하도록 동작가능하고,

상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합으로부터 상기 단자에서부터의 업링크 메시지의 평가를 결정하도록 동작가능하고, 또한

상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 상기 단자로 향하는 메시지를 전송하기 위해 상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 발생하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 42 항에 있어서, 상기 각 단자는 유일한 PN 코드 시퀀스를 포함하고,

상기 다수의 단자 각각에 대해, 상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 역확산하기 위해 상기 각 단자의 PN 코드 시퀀스를 사용하도록 동작가능하여 다수의 심볼 시퀀스를 포함하는 다중채널 심볼 시퀀스를 구하고,

상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 상기 다중채널 심볼 시퀀스에 응답해 상기 공간적 기호 평가를 결정하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 43 항에 있어서,

상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 최대 신호 전력으로 상기 다중채널 심볼 시퀀스에서 심볼 시퀀스를 식별하도록 동작가능하고, 또한 최대 신호 전력으로 상기 식별된 심볼 시퀀스에 대해 상기 다중채널 심볼 시퀀스를 정상화시키도록 동작가능하여 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스를 구하고,

상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 상기 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스의 평균을 계산하도록 동작가능하여 상기 공간적 기호 평가를 제공하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 43 항에 있어서,

상기 하나 이상의 디지털 신호 처리기는 상기 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스를 형성하도록 동작가능하고,

상기 공간 처리기는 상기 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터를 상기 공간적 기호 평가로 계산하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
다수의 단자와 메시지 데이터를 통신하는 시간 분할 이중(TDD) 안테나 어레이 동기화 코드 분할 다중 억세스(S-CDMA) 통신 시스템에 있어서:

다수의 안테나와 다수의 송수신기를 구비하고, 상기 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 조합을 수신하고 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하도록 적용되고, 시간 분할 이중 방식으로 제 1 시간 프레임 동안 상기 단자로부터 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 수신하도록 적용되고 제 2 시간 프레임 동안 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 상기 단자에 전송하도록 적용되는 다중채널 송수신기 어레이;

다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합으로부터 상기 단자와 연관된 공간적 기호 평가를 결정하도록 상기 다중채널 송수신기 어레이에 연결되고, 또한 공간적 기호 평가를 근거로 업링크 및 다운링크 빔형성 매트릭스를 계산하도록 동작가능한 공간적 기호 평가 수단;

다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합으로부터 상기 단자에서부터의 업링크 메시지의 평가를 결정하도록 상기 공간적 기호 평가 수단 및 상기 다중채널 송수신기 어레이에 연결된 복조기 수단; 및

상기 단자로 향하는 메시지를 전송하기 위해 상기 다중채널 다운링크 S-CDMA 신호를 발생하도록 상기 다중채널 송수신기 어레이에 연결된 변조기 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 46 항에 있어서,

상기 각 단자는 유일한 PN 코드 시퀀스를 포함하고, 상기 시스템은:

상기 복조기 수단 및 상기 공간적 기호 평가 수단에 연결되고, 상기 다수의 단자 각각에 대해 다중채널 업링크 S-CDMA 신호의 상기 조합을 역확산시키는데 상기 각 단자의 PN 코드 시퀀스를 사용하여, 다수의 심볼 시퀀스를 포함하는 다중채널 심볼 시퀀스를 구하는 역확산기 수단을 더 구비하고,

상기 공간적 기호 평가 수단은 상기 다중채널 심볼 시퀀스에 응답해 상기 공간적 기호 평가를 결정하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 47 항에 있어서,

상기 공간적 기호 평가 수단은 최대 신호 전력으로 상기 다중채널 심볼 시퀀스에서 심볼 시퀀스를 식별하도록 동작하고, 또한 최대 신호 전력으로 상기 식별된 심볼 시퀀스에 대해 상기 다중채널 심볼 시퀀스를 정상화시키도록 동작하여 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스를 구하고,

상기 공간적 기호 평가 수단은 상기 정상화된 다중채널 심볼 시퀀스의 평균을 계산하도록 동작하여 상기 공간적 기호 평가를 제공하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 47 항에 있어서,

상기 공간적 기호 평가 수단은 상기 다중채널 심볼 시퀀스의 데이터 공분산 매트릭스를 형성하고,

상기 공간적 기호 평가 수단은 상기 데이터 공분산 매트릭스의 주요 고유벡터를 상기 공간적 기호 평가로 계산하는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 46 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가 수단은:

상기 각 단자와 연관된 도착 방향(DOA) 평가를 포함하는 각각의 다중경로 매개변수를 결정하는 수단을 더 포함하고;

상기 DOA 평가는 상기 단자의 위치를 정하고 전환을 보조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 46 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가 수단은:

상기 각 단자와 연관된 업링크 전력 평가를 결정하는 수단을 더 포함하고,

상기 업링크 전력 평가는 전력 제어에 사용되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 공간적 기호 평가 수단은:

상기 각 단자와 연관된 타이밍 오프셋 수단 평가를 구하는 수단을 더 구비하고, 상기 타이밍 오프셋 평가는 상기 단자의 동기화에 사용되는 것을 특징으로 하는 TDD 안테나 어레이 S-CDMA 통신 시스템.