KR20010109062A - Signal processing method and apparatus of smart antenna system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그라디언트 온오프 방법 이용하여 수신단말의 수신파워가 최대로 되는 최적 웨이트 벡터를 산출하기 위한 스마트 안테나 시스템의 신호처리방법 및 장치에 관한 것으로, 기지국에서의 송신신호를 적절히 웨이트 하므로써, 각 단말기에서 수신 신호 세기가 최대화 되도록 기지국에서 사용할 웨이트 벡터의 최적 값을 구하는 방법과 장치를 제공한다. 웨이트 벡터는 송신 기지국에서 사용하는 것이지만, 이 최적의 웨이트 벡터를 계산하기 위한 정보는 수신 단말기에서 산출하여 송신 기지국으로 제공된다. 경우에 따라, 수신 단말기에서 계산한 최적의 웨이트 벡터값 자체를 기지국으로 제공할 수도 있고, 수신 단말기에서 웨이트 값 자체를 보내는 대신에 현재의 웨이트 값을 갱신하여 최적의 웨이트 값으로 근접시킬 수 있는 정보만을 기지국으로 보내는 두 가지 경우가 있다. 본 발명에서는 이 두 가지 경우 중 어느 경우이던지, 송신 기지국에서 최적의 웨이트 벡터를 적용하게 할 수 있는 기술을 제안한다.The present invention relates to a signal processing method and apparatus of a smart antenna system for calculating an optimal weight vector in which the reception power of a receiving terminal is maximized by using a gradient on-off method. Weight vector to be used by the base station to maximize received signal strength Provides a method and apparatus for obtaining the optimal value of. Weight vector Although is used at the transmitting base station, information for calculating this optimal weight vector is calculated at the receiving terminal and provided to the transmitting base station. In some cases, the optimal weight vector value calculated by the receiving terminal itself may be provided to the base station, and instead of sending the weight value itself, the receiving terminal may update the current weight value to approach the optimal weight value. There are two cases of sending bays to a base station. The present invention proposes a technique that enables the transmitting base station to apply an optimal weight vector in either of these two cases.
Description
본 발명은 그라디언트 온오프 방법을 이용하여 수신단말의 수신파워가 최대로 되는 최적 웨이트 벡터를 산출하기 위한 스마트 안테나 시스템의 신호처리 방법, 장치 및 그 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a signal processing method, apparatus, and a recording medium of a smart antenna system for calculating an optimal weight vector with the maximum reception power of a receiving terminal using a gradient on / off method.
본 발명은 수신단말의 수신파워가 최대로 되는 최적 웨이트 벡터를 산출하기 위하여, 그라디언트 온오프 방법을 이용하여, 각 단말기에서 수신 신호 세기가 최대화 되도록 기지국에서 사용할 웨이트 벡터의 최적 값을 구하는 스마트 안테나 시스템의 신호처리 방법, 장치 및 그 기록매체를 제공함에 그 목적을 두고 있다.The present invention uses a gradient on-off method to calculate an optimal weight vector that maximizes the reception power of a receiving terminal. It is an object of the present invention to provide a signal processing method, apparatus and a recording medium of a smart antenna system for obtaining an optimal value of.
도 1은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining the concept of the present invention,
도 2는 본 발명에서 목표 단말기에게 신호s(t)를 송신하는 배열 시스템의 개념도,2 is a conceptual diagram of an arrangement system for transmitting a signal s ( t ) to a target terminal in the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 채널화 분배기 설명도,3 is an explanatory diagram of a channelization distributor according to the present invention;
도 4는 본 발명에서 복수의 가입자 각각의 다중경로 채널에 적용하는 신호 환경을 보여주는 예시도,4 is a diagram illustrating a signal environment applied to a multipath channel of each of a plurality of subscribers according to the present invention;
도 5는 본 명세서에서 제공되는 기술을 실제의 이동통신에 적용하여 최적의 송신 빔을 만들기 위한 일실시 예시도,FIG. 5 illustrates an embodiment for applying the technology provided herein to actual mobile communication to make an optimal transmission beam. FIG.
도 6은 본 발명에서 제공하는 기술을 이용하여 수신 단말기에서 최적의 웨이트 벡터를 산출하기 위한 시스템의 블록 다이어그램 예시도,6 is an exemplary block diagram of a system for calculating an optimal weight vector at a receiving terminal using the technique provided by the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 흐름도,7 is a flow chart according to an embodiment of the present invention;
도 1은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 목표 단말기에게 신호s(t)를 송신하는 배열 시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 채널화 분배기 설명도이다.1 is a diagram illustrating the concept of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of an arrangement system for transmitting a signal s ( t ) to a target terminal, and FIG. 3 is an explanatory diagram of a channelization distributor according to the present invention.
신호s(t)가 기지국에서 어떤 이동 단말기로 송신될 신호라 가정하자.Suppose signal s ( t ) is a signal to be transmitted from a base station to a mobile terminal.
우선, 목표 단말기와 각 안테나 사이에 단일 전파 경로가 있는 경우를 먼저 고려해 보자. 가입자 수가 다수이고 또 각 가입자에 대하여 다중 경로가 존재하는 채널에 대한 제안기술의 응용은 단일 가입자의 단일 전파경로를 먼저 고려한 후에 설명하기로 한다.First, consider the case where there is a single propagation path between the target terminal and each antenna. Application of the proposed technique to a channel with a large number of subscribers and multiple paths for each subscriber will be described after considering a single propagation path of a single subscriber first.
도 3에서 보는 바와 같이 분배기(distributor)를 통과한 신호s(t)는 각 안테나 채널의 전송 신호로 분배된다. 각 안테나에서 송신된 신호를 수신단말기에서 따로따로 구분하여 추출할 수 있도록 하기 위한 방안의 하나로서, 각 안테나에서 전송되는 신호가 서로 직교되도록 분배기에서 신호s(t)를 처리하는 경우가 있다. 직교화 방식에 관한 구체적인 내용을 언급하지 않더라도, 본 발명 분야의 종사자에 있어서는, 전송된 신호s(t)를 직교화는 공지의 방법을 임의로 선택하여 수행할 수 있음이 자명하다.As shown in FIG. 3, the signal s ( t ) passing through the distributor is distributed to the transmission signal of each antenna channel. As one of methods to separate and extract a signal transmitted from each antenna in a receiving terminal, a signal s ( t ) may be processed in a splitter so that signals transmitted from each antenna are orthogonal to each other. Although not mentioned in detail about the orthogonalization scheme, it is apparent to those skilled in the art that the orthogonalization of the transmitted signal s ( t ) can be performed by arbitrarily selecting a known method.
본 발명에서는 전송하는 신호가 각 안테나 채널끼리 분배기에서 전송신호를 처리하고 있으나, 다른 개념으로도 각 안테나 신호를 직교화 할 수도 있다. 어쨌든, 직교화 과정 결과로서, 각 안테나에서 송출되는 신호는 상호 직교하게 되는데, 직교하는 구간P는 미리 정의해 두도록 한다.In the present invention, although the signal to be transmitted is processing the transmission signal in each antenna channel between the splitter, it is also possible to orthogonalize each antenna signal in another concept. In any case, as a result of the orthogonalization process, signals transmitted from each antenna are orthogonal to each other, and the orthogonal interval P is defined in advance.
즉, 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.In other words, this is expressed as a formula below.
도 2에서,s(t)는 목표단말에 보내는 신호,는안테나소자와 목표 단말간의 채널(감쇄와 위상지연(phase delay)포함),는안테나소자에 가해질 웨이트(복소공액)를 각각 나타낸 것이다.In Figure 2, s ( t ) is a signal sent to the target terminal, Is Channel between antenna element and target terminal (including attenuation and phase delay), Is The weights (complex conjugates) to be applied to the antenna elements are respectively shown.
도 3은 본 발명에 따른 채널화 분배기 설명도로서, 도면에서, 안테나 각각에 송신되는 신호{s 1(t),…,s N (t)}는 구간 동안 상호 직교이다. 이때 기간P동안 배열 시스템은 동일 웨이트 벡터를 사용하므로P는 채널 특성{h 1(t),…,h N (t)}의 변화를 무시할 수 있을 만큼 짧아야 한다.3 is an explanatory diagram of a channelization divider according to the present invention, in which the signals transmitted to each antenna { s 1 ( t ),... , s N ( t )} is orthogonal to the interval. In this case, since the array system uses the same weight vector for the period P , P is the channel characteristic { h 1 ( t ),. , h N ( t )} should be short enough to ignore the change.
그런데 직교구간인P기간 동안에 동일한 웨이트 벡터가 적용되어야 하기 때문에, 전파 채널 특성이 너무 현저히 변해버릴 정도로P가 너무 길어서는 안된다.이하 설명상의 편의를 위해 각 안테나에서 전송되는 신호의 세기가 모두 같다고 (즉,) 가정하자.However, like all because it must be the same weight vector applied during the orthogonal interval of P periods, and should not P is too long, so the propagation channel characteristic discard too significantly changed. The strength of the signal transmitted by each antenna for convenience of description below ( In other words, Let's assume.
각 안테나로부터 전송된 신호는 수신 단말에서 각 안테나로부터 전송된 패턴s 1(t),s 2(t),…,s N (t)를 수신 신호와 각각 상관(correlation)시킴으로써, 각 안테나 채널별 신호를 따로따로 분리할 수 있다. 이로써, 최적의 웨이트 벡터를 계산하는 절차는 파일롯 신호에 적용된다는 것을 알 수 있다. 물론, 계산된 웨이트 벡터는 각 해당 시간 슬롯동안의 데이터 시퀀스에 사용된다. 위에서 언급한 바와 같이 각각 한 개의 경로만 갖는 안테나의 채널을 가정하면, 단말기에서 수신된 신호 y는 다음과 같다.The signal transmitted from each antenna is a pattern s 1 ( t ), s 2 ( t ),... By correlating s N ( t ) with the received signal, the signal for each antenna channel can be separated separately. As such, it can be seen that the procedure for calculating the optimal weight vector is applied to the pilot signal. Of course, the computed weight vector is used for the data sequence during each corresponding time slot. As mentioned above, assuming a channel of each antenna having only one path, the signal y received from the terminal is as follows.
여기서는번째 안테나 채널에 적용되는 웨이트(복소공액)이고,는번째 안테나와 수신 단말 사이의 전파 경로 특성(감쇄와 위상지연)를 나타낸다. 본 제안기술에서는s(t)와와는 모두 복소수 형태의 페이저 표기법(phasor notation)을 사용한다. 수신 신호 y의 각 안테나 채널별 분리는 수신 단말에서 다음과 같은 상관(correlation)절차를 통하여 수행된다.here Is Weight applied to the first antenna channel (complex conjugate), Is Propagation path characteristics (attenuation and phase delay) between the first antenna and the receiving terminal. In the proposed technique, s ( t ) and Wow All use complex numbered phasor notation. Separation of each antenna channel of the received signal y is performed through the following correlation procedure at the receiving terminal.
수식 (1)과 (2)에 의하여, 수신신호 y와j번째 안테나로부터 송신된 신호s j (t)를 상관시킨 상관기의 출력z j 는 다음과 같이 쓸 수 있다. (단, 설명상의 편의를 위하여, 아래 식에서는 수신신호에서 간섭과 잡음을 생략하였다.)According to Equations (1) and (2), the output z j of the correlator correlating the received signal y with the signal s j ( t ) transmitted from the j- th antenna can be written as follows. (However, for convenience of explanation, the following equations omit interference and noise from the received signal.)
즉, 수신신호 y 로부터 각 안테나와 수신 단말기 사이의 채널특성h j 이 포함된를j= 1, 2, ...,N에 대하여 수신단말기에서 각각 구할 수 있게 된다. 새로운 변수를와 같이 정의하면, 수신신호의 파워를 최대화하는 것은를 최대화하는 것과 동일하므로를 최대화하는 웨이트 벡터를 공지의 기술인 최대고유벡터 방법으로 구할 수 있다.That is, the channel characteristic h j between each antenna and the receiving terminal is included from the received signal y. Can be obtained from the receiving terminal for j = 1, 2, ..., N , respectively. New variable To When defined as follows, the power of the received signal To maximize Is the same as maximizing The weight vector for maximizing can be obtained by the maximal inherent vector method known in the art.
즉, 신호 전송신호가 수신단말기에서 수식 (3)과 같이 각 안테나나 신호별로 구분될 수 있다면, 공지의 고유벡터 방법, 예컨대, [1]"Signal Processing Apparatus and Method for Reducing the Effects of Interference and Noise in Wireless Communications Utilizing Antenna Array", 미국 특허등록(5,808,913), 1998. 9. 15, [2]"Design Technique of an Array Antenna and Telecommunication System and Method Utilizing the Array Antenna", 미국 특허등록(5,999,800), 1999. 12. 7, [3]"무선 통신 시스템에서 간섭을 최소화하고 잡음의 영향을 줄여주기 위한 신호처리장치", 국내 특허등록(0197794), 1999. 2. 25, [4]"수신신호에 대한 자기상관행렬의 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 이용한 배열안테나의 신호 처리 방법", 국내 특허등록(0229094), 1999. 8. 31, [5]"코드분할다중접속방식 이동통신망을 위한 적응배열안테나시스템의 신호처리 방법 및 그 기록매체", 국내 특허출원(99-3115), 1999. 1. 30) 등을 이용하여, 수신파워를 최대화하는 웨이트 벡터를 계산할 수 있게 된다.That is, if the signal transmission signal can be distinguished by each antenna or signal as shown in Equation (3) in the receiving terminal, a known eigenvector method, for example, [1] "Signal Processing Apparatus and Method for Reducing the Effects of Interference and Noise in Wireless Communications Utilizing Antenna Array ", US patent (5,808,913), September 15, 1998, [2]" Design Technique of an Array Antenna and Telecommunication System and Method Utilizing the Array Antenna ", US patent (5,999,800), 1999 12. 7, [3] "Signal Processing Unit for Minimizing Interference and Reducing the Effects of Noise in Wireless Communication Systems", Korean Patent Registration (0197794), Feb. 25, 1999, [4] Signal Processing Method of Array Antenna Using Eigenvectors Corresponding to Maximum Eigenvalue of Autocorrelation Matrix ", Korean Patent Registration (0229094), Aug. 31, 1999, [5]" Adaptive Array Antenna for Code Division Multiple Access Mobile Network Signal processing method of system and its device Using a Media ", Korean Patent Application (99-3115), 1999. 1. 30) or the like, it is possible to calculate a weight vector that maximizes the reception power.
즉, 각 스냅샷에서의 수신 파워를 최대화하는 웨이트 벡터를 구하는 문제를를 최대화하는 문제로 치환하여 위에서 언급한 공지의 기술 [1]-[5]를 이용하여 구하는 것이다. 본 명세서에서는 공지의 기술중 하나인 그라디언트 온오프 방법을 사용하여 수신 단말에서 수신 파워가 최대로 되는 최적의 웨이트 벡터를 산출하는 기술을 소개한다.That is, the received power at each snapshot Weight vector to maximize To solve the problem It is obtained by substituting the problem of maximizing by using known techniques [1]-[5] mentioned above. In the present specification, a technique of calculating an optimal weight vector at which a reception power is maximized at a reception terminal using a gradient on-off method, which is one of known technologies, is introduced.
수신단말에서의 수신파워는 다음과 같이 쓸 수 있다.Receive Power at Receiving Terminal Can be written as
단,이고,이며,와은 각각과으로 정의되는 열벡터(column vector)이다. (본 명세서에서는 벡터는 밑줄친 소문자로 행렬은 대문자 굵은체로 표시한다.)only, ego, Is, Wow Are each and A column vector defined by. (In this specification, vectors are represented by underlined lowercase letters and matrices are shown in bold capital letters.)
그런데, 간섭과 잡음을 배제한 상황에서의 랭크는 매 스냅샷마다 1이기 때문에 구하는 웨이트 벡터는 바로 전파 경로(propagation path) 벡터자체가 된다. 그러나, 간섭과 잡음을 고려하면(다중경로 간섭과 타신호간섭 포함)는 매 스냅샷마다 랭크가 N이 된다.However, in a situation where interference and noise are excluded The weight vector to obtain because the rank of is 1 for each snapshot. Is the propagation path vector It becomes itself. However, considering interference and noise (including multipath interference and other signal interference) Has a rank of N for each snapshot.
각 안테나 채널은 식(3)에서 보는바와 같이 분리될 수 있기 때문에 행렬의 각 엔트리 값은 수신하는 단말기에서 구할 수 있다. 또한 앞서 언급한 바와 같이, 수신 신호의 전력을 최대화하는 최적의 웨이트 벡터가 결과적으로 원하는 신호의 최대비합성(maximum ratio combining-MRC)를 제공한다는 것을 알 수 있다.Since each antenna channel can be separated as shown in equation (3), Each entry value of can be obtained from the receiving terminal. As also mentioned above, it can be seen that the optimal weight vector maximizing the power of the received signal results in a maximum ratio combining (MRC) of the desired signal.
즉,(단,β는 실상수(real constant)).In other words, (Where β is a real constant).
위 (4)식의, 수신파워를 최대화하는 최적의 웨이트 벡터는 [1] - [5]에 나타낸 바와 같이 최대 고유치 문제의 해로부터 제공된다. 즉, 최적의 웨이트 벡터를 구하는 문제는 다음(5)식의 고유문제에서 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 구하는 문제가 된다.The optimal weight vector that maximizes the received power of equation (4) above is provided from the solution of the maximal eigenvalue problem as shown in [1]-[5]. That is, the problem of finding the optimal weight vector is a problem of finding the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue in the eigen problem of Equation (5)
여기서 λmax는 행렬의 최대 고유치이다.Where λ max is the matrix Is the maximum eigenvalue of.
이제까지는 단일 경로를 고려하였으나 각 경로에 대한 각각의 웨이트 벡터를 고려하는 다중경로의 경우에도 적용할 수 있다.So far, a single path has been considered, but it can be applied to the case of multipath considering each weight vector for each path.
도 4는 본 발명에서 복수의 가입자 각각의 다중경로 채널에 적용하는 신호 환경을 보여주는 예시도이다.4 is an exemplary view illustrating a signal environment applied to a multipath channel of each of a plurality of subscribers in the present invention.
도면에서,s(t)는 목표단말에 보내는 신호,는단말기와안테나 소자간의경로 채널,는단말기와경로 채널에 대한안테나 소자의 웨이트 벡터(복소공액)이다.In the figure, s ( t ) is a signal to the target terminal, Is Terminal and Between antenna elements Route channel, Is Terminal and For route channel Weight vector (complex conjugate) of the antenna element.
도 4에서 제시된 바와 같이 본 발명에서 제시하는 기술은 각 단말기마다 다중경로가 존재하는 복수 단말기가 있는 신호환경에도 적용될 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 단말에 대하여 각각의 전파경로에 대해 최적의 웨이트 벡터를 따로 따로 산출한다.As shown in FIG. 4, the technique proposed in the present invention may be applied to a signal environment having a plurality of terminals in which multiple paths exist for each terminal. In this case, as shown in FIG. 4, an optimal weight vector is separately calculated for each propagation path for each terminal.
도 5는 본 명세서에서 제공되는 기술을 실제의 이동통신에 적용하여 최적의송신 빔을 만들기 위한 하나의 예로써, 파이롯트 채널과 트래픽 채널을 이용하여 본 발명 기술을 이용하는 시스템의 블록다이어 그램을 나타내고 있다. 파이롯트 채널의 신호를 각 안테나별로 직교화(orthogonalization)하여 웨이팅하지 않은 채로 송신하면 본 발명의 기술을 이용하여 수신단에서 최대의 수신파워를 갖게하는 웨이트 벡터를 해당 단말에서 계산할 수 있다. 이 계산된 웨이트 벡터를 트래픽 채널에 이용하여 신호를 송신하면 최적의 빔으로 송신할 수 있게 된다. 이때, 파이롯트 신호도 최적의 빔으로 송신하려면 파이롯트 신호에 대해서도 계산된 웨이트 벡터를 적용하여 송신할 수도 있다.5 is a block diagram of a system using the present technology using a pilot channel and a traffic channel as an example for applying the technology provided herein to actual mobile communication to create an optimal transmission beam. . When the pilot channel signal is transmitted without being orthogonalized for each antenna and weighted, a weight vector having a maximum reception power at the receiver can be calculated by the corresponding terminal using the technique of the present invention. When the signal is transmitted using the calculated weight vector in the traffic channel, the optimal beam can be transmitted. In this case, the pilot signal may also be transmitted by applying the calculated weight vector to the pilot signal in order to transmit the optimal beam.
도 6은 본 발명에서 제공하는 기술을 이용하여 수신 단말기에서 최적의 웨이트 벡터를 산출하기 위한 시스템의 한 예를 블록 다이어그램이다.6 is a block diagram of an example of a system for calculating an optimal weight vector at a receiving terminal using the techniques provided by the present invention.
송신 기지국에서 사용할 웨이트의 값을 수신단말기에서 계산하여 송신 기지국으로 보내는 폐 루프(Closed Loop) 방식에서 웨이트 벡터를 계산하는 것 못지 않게 중요한 것은 계산된 웨이트 벡터 값을 기지국으로 전송하는 방법이다. 즉, 수신단말기에서 계산된 웨이트값 자체를 기지국으로 보낼 수도 있으나, 웨이트 벡터를 보내려면 별도의 채널을 사용하여야 한다. 이와 같이 별도의 채널을 차지하지 않고 웨이트 벡터를 최적 값으로 갱신하기 위하여, 웨이트 벡터의 위상 값의 변화량 혹은 변화하는 방향만을 기지국으로 보낼 수도 있다.In a closed loop scheme in which a weight value to be used by a transmitting base station is calculated by a receiving terminal and sent to a transmitting base station, it is important to calculate a weight vector value to a base station. That is, although the weight value itself calculated by the receiving terminal may be sent to the base station, a separate channel must be used to send the weight vector. In order to update the weight vector to an optimal value without occupying a separate channel in this way, only the amount of change or the direction of change of the phase value of the weight vector may be sent to the base station.
즉, 송신기지국에서의 빔을 +△ 혹은 -△만큼 변위 시키기 위해서는 현재의 웨이트 벡터를 로 갱신하여야 하는데, 이 경우 로 결정되는 웨이트 벡터의 값 자체를 수신단말기에서 송신기지국으로 송신하지 않고 갱신하여야 하는 방향만을 송신 기지국에 알려주는 것이다.That is, in order to displace the beam at the transmitter station by + △ or-△, the current weight vector To Should be updated to This is to inform the transmitting base station only of the direction of updating the weight vector itself, which is determined to be not transmitted from the receiving terminal to the transmitter station.
이와 같은 방법을 사용하면 1개의 디지트만을 가지고도 웨이트 벡터를 미리 정한 △만큼 +혹은 -방향으로 갱신 할 수 있다.Using this method, the weight vector can be updated in the + or-direction by a predetermined Δ even with only one digit.
이제부터, 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 구하는 기술에 따라서, 본 발명의 실시예를 구성하여 각 실시예별로 자세히 설명한다.From now on, according to the technique of obtaining the eigenvectors corresponding to the maximum eigenvalues, embodiments of the present invention will be constructed and described in detail for each embodiment.
즉, 공지의 그라디언트 온오프 방법을 수정하여 식(5)에서 보여지는 최대 고유치 문제를 풀기 위해서 사용할 수 있으며 각 방법별로 실시예를 구성하여 최적의 웨이트 벡터를 계산하는 방법 및 계산된 웨이트 벡터를 효율적으로 기지국으로 전송하는 방법을 자세히 설명한다.That is, the known gradient on-off method can be modified to solve the maximum eigenvalue problem shown in Equation (5). It will be described in detail how to transmit to the base station.
<실시예 : 그래디언트(Gradient) ON-OFF방법><Example: Gradient ON-OFF Method>
본 실시예도 앞서 설명한 방법과 같이 각 안테나별로 직교되도록 신호를 처리한 후 송신하는 신호환경을 고려하며, 수신신호의 출력파워에 대한 그래디언트 값을 구해 각 안테나의 위상을 갱신하여 최적의 웨이트 벡터를 구하는 공지의 그래디언트 ON-OFF 방법을 사용한다. 그래디언트 ON-OFF 방법은 [5]에 자세히 설명되어 있으므로 본 발명에서는 그래디언트 ON-OFF 방법을 응용하여 송신기지국에서의 최적 웨이트 벡터를 수신단말기에서 계산하여 송신 기지국으로 귀환시키는 절차를 소개한다.This embodiment also considers the signal environment to be transmitted after processing the signal to be orthogonal to each antenna as described above, and obtains the optimal weight vector by updating the phase of each antenna by obtaining the gradient value of the output power of the received signal. Use the known gradient ON-OFF method. Since the gradient ON-OFF method is described in detail in [5], the present invention introduces a procedure of calculating the optimal weight vector at the transmitter station and returning it to the transmitting base station by applying the gradient ON-OFF method.
첫째, 웨이트 벡터를 초기화 한다.First, we initialize the weight vector.
둘째, 기지국에서 현재의 웨이트 벡터로 웨이팅(Weighting)하여 신호를 송신한다. 즉,번째 안테나에서의 송신신호는이므로, 현재의 웨이트를 이용하면가 송출되게 된다. 따라서 N개의 안테나 소자로 구성된 배열 안테나 시스템에서 송신하는 신호는 단말기에서 다음과 같이 수신된다.Second, the current weight vector at the base station The signal is transmitted by weighting. In other words, The transmission signal from the first antenna As it is the current weight If you use Will be sent out. Therefore, a signal transmitted from an array antenna system composed of N antenna elements is received at a terminal as follows.
셋째, 각 안테나에서 송신된 신호를 따로따로 분류하기 위하여 각 안테나에서 송신된 패턴으로 상기 수신신호를 상관시키므로써 각 안테나 채널별로 분류된 신호를 산출하여를 찾아낸다. (즉,)Third, the received signal in a pattern transmitted from each antenna to separately classify the signals transmitted from each antenna. Signal classified by each antenna channel by correlating By calculating Find it. (In other words, )
넷째, 수신 단말기에서 각 안테나 출력파워의 그래디언트(Gradient)를 다음과 같이 계산한다.Fourth, in the receiving terminal, the gradient of each antenna output power is calculated as follows.
단,는 안테나 인덱스이며,이고,Im[·]는 ·값의 허수부를 의미함.only, Is the antenna index, Im [·] means the imaginary part of the value.
다섯째, 상기 네 번째 단계에서 구한 ▽를 이용하여 안테나의 위상을 다음과 같이 갱신한다.Fifth, the phase of the antenna is updated as follows using i obtained in the fourth step.
여기서는번째 안테나를 나타내며,μ는 적응이득아고, n는 스냅샷 인덱스이다. 또한sign[·]는 ·값의 부호를 나타낸다. 상기 수식은 위상갱신시의 부호, 즉를 이용하였지만, 부호 판별없이만으로도 다음과 같이 계산할 수 있음을 본 발명에서 제시한다.here Is The second antenna, μ is adaptive gain, and n is the snapshot index. In addition, sign [·] shows the sign of a value. The above formula is for phase update Sign, i.e. , But without sign discrimination It is suggested in the present invention that only the following calculation can be performed.
여섯째, 수신 단말기에서 갱신된 웨이트 벡터는 기지국으로 송신하며, 웨이트 벡터는 상기 두 번째 단계로 전달되어 두 번째부터 반복 수행한다. 이때, 수신단말기에서 계산된 웨이트 벡터 값을 송신 기지국에 보내는 대신에 현재의 웨이트 값과의 차이만을 보낼 수도 있으며, 하나의 비트만을 사용하여 기지국에 웨이트 벡터의 변위 부호만을 송신하므로써 현재 웨이트 값을 +△ 혹은 -△만큼 변위시킬 수도 있다. 즉, 수신 단말기에서 0혹은 1의 디지털 값을 송신 기지국에 송출해 주므로써, 송신 기지국에서는 빔이 +△ 혹은 -△만큼 변위되도록 현재의 웨이트 벡터값을 갱신해 준다.Sixth, the weight vector updated at the receiving terminal is transmitted to the base station, and the weight vector is transmitted to the second step and repeated from the second time. In this case, instead of sending the weight vector value calculated by the receiving terminal to the transmitting base station, only the difference with the current weight value may be sent. By using only one bit, the current weight value is transmitted by transmitting only the displacement code of the weight vector to the base station. It can also displace by △ or-△. That is, since the receiving terminal sends a digital value of 0 or 1 to the transmitting base station, the transmitting base station updates the current weight vector value so that the beam is displaced by + Δ or -Δ.
상기 적응 절차는를 최대화하기 위한 과정으로서 결국을 최대화하기위한 웨이트 벡터를 계산하는 과정이다. 상기 절차에 대한 흐름도는 그림 12와 같다.The adaptation procedure is As a process to maximize It is the process of calculating the weight vector for maximizing. A flowchart of the above procedure is shown in Figure 12.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.
상기한 바와 같은 방법을 이용하는 본 발명에 따르면, 적은 계산량으로 수신단말의 수신파워가 최대로 되는 최적 웨이트 벡터를 산출할 수 있도록 함으로써, 성능면에서 우수할 뿐만 아니라 스냅샷 당 빔형성 과정의 계산량이 현저하게 감소되기 때문에 빠른 응답을 요하는 이동통신 시스템 등에 실제로 적용이 가능하다는 효과가 있다.According to the present invention using the method as described above, it is possible to calculate the optimal weight vector maximizing the receiving power of the receiving terminal with a small amount of calculation, which is not only excellent in performance but also the amount of calculation of the beamforming process per snapshot Since it is markedly reduced, there is an effect that the present invention can be actually applied to a mobile communication system requiring quick response.
또한, 간섭신호의 영향이 최소화되는 최적의 빔패턴을 각 가입자에게 제공하므로써 주어진 대역폭내에서 셀당 통신용량을 획기적으로 증가시키면서 통신품질도 향상시키는 매우 우수한 효과가 있다.In addition, by providing the optimum beam pattern to each subscriber to minimize the influence of the interference signal has a very excellent effect of improving the communication quality while significantly increasing the communication capacity per cell within a given bandwidth.
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