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KR100372900B1 - Apparatus for transceiving data in smart antenna system - Google Patents

Apparatus for transceiving data in smart antenna system Download PDF

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KR100372900B1
KR100372900B1 KR10-2000-0032055A KR20000032055A KR100372900B1 KR 100372900 B1 KR100372900 B1 KR 100372900B1 KR 20000032055 A KR20000032055 A KR 20000032055A KR 100372900 B1 KR100372900 B1 KR 100372900B1
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low pass
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강양기
이재호
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Abstract

본 발명은 CDMA 시스템에 배열 안테나를 사용하여 효율적으로 신호를 송수신하기 위한 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치에 관한 것으로, M개의 디지털 신호를 Ne개의 안테나로 구성된 배열안테나를 이용하여 수신하는 스마트 안테나 시스템에 있어서, Ne개의 안테나 입력 신호로부터 각 신호의 빔형성을 위하여, 각 신호에 대한 Ne차원의 복소 가중치 벡터를 계산하는 수단; 및 상기 Ne차원의 복소 가중치 벡터와 안테나에서 수신되는 디지털 신호를 복소 곱셈하는 복소 곱셈 수단 및 복소 곱셈된 결과를 합산하는 복소 합산 수단을 포함한다. 따라서, 스마트 안테나 시스템은 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 함으로써 가중치 벡터를 구하는 계산량을 줄일 뿐만 아니라, 파일럿 채널과 트래픽 채널을 동시에 사용함으로써 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a transmitting and receiving device of a smart antenna system for efficiently transmitting and receiving signals using an array antenna in a CDMA system, the smart antenna system for receiving M digital signals using an array antenna consisting of Ne antennas Means for calculating a Ne-dimensional complex weight vector for each signal for beamforming each signal from the Ne antenna input signals; And a complex multiplication means for complex-multiplexing the Ne-dimensional complex weight vector with the digital signal received at the antenna and a complex summation means for summing the complex multiplied result. Therefore, the smart antenna system not only reduces the calculation amount for obtaining the weight vector by beamforming the desired user signal direction but also improves performance by simultaneously using the pilot channel and the traffic channel.

Description

스마트 안테나 시스템의 송수신 장치{Apparatus for transceiving data in smart antenna system}Transmitter and receiver of smart antenna system {Apparatus for transceiving data in smart antenna system}

본 발명은 스마트 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 CDMA 이동통신 시스템의 용량 개선을 위해 배열 안테나를 사용하여 안테나의 빔 패턴을 사용자 방향으로 유지함으로써 송수신 효율을 최대화시키고 다른 간섭 신호를 억제할 수 있는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a smart antenna system, and in particular, to improve the capacity of a CDMA mobile communication system by using an array antenna to maintain the beam pattern of the antenna toward the user direction smart antenna that can maximize transmission and reception efficiency and suppress other interference signals It relates to a transmitting and receiving device of the system.

일반적으로, CDMA 시스템은 동일한 주파수 대역을 모든 사용자가 동시에 사용하며, 자신의 고유한 코드를 할당받아 서로 구분하는 방식이다. 따라서 CDMA 시스템의 간섭은 동일한 셀내의 다른 사용자 신호에 의하여 발생되는 셀내간섭(intracell interference)과 다른 셀의 사용자 신호에 의해 발생되는 셀간 간섭(intercell interference)이 있다. CDMA 시스템의 용량은 이러한 간섭량에 제한받는 시스템이다.In general, a CDMA system uses the same frequency band for all users at the same time, and is assigned a unique code of its own to distinguish from each other. Accordingly, the interference of the CDMA system includes intracell interference caused by other user signals in the same cell and intercell interference caused by user signals of other cells. The capacity of a CDMA system is a system limited by this amount of interference.

따라서, CDMA 시스템의 용량을 늘이는 한 방법으로 간섭량을 줄이는 방법이 있다.Therefore, one method of increasing the capacity of a CDMA system is to reduce the amount of interference.

기존의 IS-95와 같은 상용 시스템에서는 이의 방법으로 3섹터 안테나를 사용한다. 3섹터 안테나란 한 셀을 3개의 섹터로 나누고 각 섹터에는 섹터 안테나를 두어 각 섹터의 송수신 신호를 송출 및 수신하는 것이다. 이는 사용자 분포가 균일할 때 이상적으로는 단일 셀에 비하여 간섭량을 1/3으로 줄일 수 있다.Conventional commercial systems, such as the IS-95, use three sector antennas in this way. A three sector antenna divides a cell into three sectors and a sector antenna is provided in each sector to transmit and receive a transmission and reception signal of each sector. This can ideally reduce the amount of interference by 1/3 compared to a single cell when the user distribution is uniform.

3섹터 안테나 시스템은 디지털 셀룰러 시스템이나 PCS 시스템과 같이 데이터 율이 비교적 낮은 시스템에서는 충분한 시스템 용량 확보가 가능하였다.The three sector antenna system was able to secure sufficient system capacity in systems with relatively low data rates, such as digital cellular systems and PCS systems.

그러나, IMT-2000 시스템에서와 같이 고속 데이터 서비스까지 지원해야 하는 시스템에서는 섹터 안테나로는 원활한 시스템 운용에 필요한 용량의 확보가 어렵다.However, in a system that needs to support high-speed data services such as in an IMT-2000 system, it is difficult to secure a capacity necessary for smooth system operation with a sector antenna.

따라서, 시스템 용량을 크게 증가시킬 수 있는 새로운 방법이 필요하게 되었고, 이에 대한 한 가지 방법으로 스마트 안테나 시스템이 크게 주목받고 있다.Therefore, there is a need for a new method that can greatly increase the system capacity, smart antenna system has attracted a lot of attention as one method for this.

일반적으로, 스마트 안테나 시스템이란 일련의 배열 안테나를 사용하여 안테나 빔 패턴을 원하는 사용자 방향으로 유지함으로써 송수신 효율을 최대화시키고 다른 간섭신호는 억제하도록 하는 것이다.In general, a smart antenna system uses a series of array antennas to maintain the antenna beam pattern in the desired user direction to maximize transmission and reception efficiency and suppress other interference signals.

도 1과 도 2는 각각 기존의 무지향성 안테나 시스템과 선형배열안테나를 이용한 스마트 안테나 시스템을 보여준다.1 and 2 show a conventional omnidirectional antenna system and a smart antenna system using a linear array antenna, respectively.

도 1에 도시된 바와 같이, 무지향성안테나(10)는 모든 사용자 신호(이동국#1 ~ 이동국#4)를 동시에 받아들인다. 그러나, 도 2의 선형배열안테나(2)를 사용한 스마트 안테나 시스템에서는 원하는 방향으로 빔형성을 함으로써 원하는 사용자 신호를 최대로 받아들이는 동시에 다른 사용자 신호를 억제함으로써 간섭량을 크게 줄일 수 있다.As shown in Fig. 1, the omnidirectional antenna 10 simultaneously accepts all user signals (mobile stations # 1 to mobile stations # 4). However, in the smart antenna system using the linear array antenna 2 of FIG. 2, the amount of interference can be greatly reduced by receiving a maximum of a desired user signal and suppressing other user signals by beamforming in a desired direction.

이러한 스마트 안테나 시스템의 성능은 빔형성을 하는 가중치 벡터의 정확성에 의하여 결정된다. 최소 제곱근 에러(MMSE; Minimum Mean Square Error)를 성능 지표로 하고, 가중치 벡터의 갱신을 위하여 새로운 가중치 벡터를 계산할 때 사용되는 데이터는 현재의 유한 시간 구간 블록내의 데이터만을 사용하는 DMI(Direct Matrix Inversion) 방식의 알고리즘에서 가중치 벡터(W)는 다음 수학식 1과 같이 구할 수 있다.The performance of such a smart antenna system is determined by the accuracy of the weight vector for beamforming. Direct matrix inversion (DMI) using only the data in the current finite time interval block, using the minimum mean square error (MMSE) as a performance index, and calculating the new weight vector to update the weight vector. In the algorithm of the method, the weight vector W may be obtained as in Equation 1 below.

여기서,는 입력 신호의 공분산(Covariance) 행렬로 Ne ×Ne이고,는 입력 신호와 기준 신호의 상관벡터로 Ne ×1이다. 또한 Ne는 안테나 엘리먼트의 개수이다.here, Is the covariance matrix of the input signal, Ne × Ne, Is a correlation vector between the input signal and the reference signal, and is Ne × 1. Ne is also the number of antenna elements.

수학식 1이 갖는 물리적 의미는 원하는 사용자 방향으로는 안테나 빔의 이득을 크게 하고 원하지 않는 사용자의 방향으로는 이득을 최소로 하는 것이다.The physical meaning of Equation 1 is to increase the gain of the antenna beam in the desired user direction and minimize the gain in the direction of the unwanted user.

특히 주목할 만한 것은 원하지 않는 사용자 방향으로 이득을 최소로 하는 것이며, 이것을 보통 널링(Nulling)이라고 한다. 알.에이. 몬진고(R.A. Monzingo)와 티.더블유. 밀러(T.W. Miller)에 의해 저술되고, 1980년 뉴욕의 존 윌리 애드 손스(John Wiley Sons)사에 의해 출판된 적응 어레이 소개(Introduction to Adaptive Arrays)에서 이 널링은 원하지 않는 사용자수가 Ne-1 이하일 때 잘 적용되고, 원하지 않는 사용자수가 Ne 이상일 때는 널링이 성립되지 않음이 잘 알려져 있다.Especially noteworthy is minimizing the gain towards the unwanted user, which is commonly referred to as nulling. R.A. R.A. Monzingo and T. Double You. In Introduction to Adaptive Arrays, authored by TW Miller and published by John Wiley Sons of New York in 1980, this nulling is when the number of unwanted users is below Ne-1. It is well known that nulling does not hold when well applied and the number of unwanted users is greater than Ne.

따라서, 동일한 주파수를 NTS개의 시간 슬롯으로 시분할하여 사용하는 TDMA에서는가 비교적 작은 값이므로 Ne>조건을 만족시켜 원하지 않는 사용자 신호를 효과적으로 널링할 수 있다. 그러나 CDMA 시스템은 시스템 용량이 매우 크기 때문에 널링 조건을 만족시키기 위해서는 안테나 엘리먼트 수를 용량수 이상으로 크게 하여야 한다.Therefore, in TDMA in which the same frequency is time-divided into N TS time slots, Is a relatively small value, The condition can be satisfied to effectively null the unwanted user signal. However, the CDMA system has a very large system capacity, so that the number of antenna elements must be larger than the capacity number in order to satisfy the nulling condition.

그러나, 이것은 실제 구현 관점에서 너무 많은 안테나 엘리먼트를 필요로 하기 때문에 거의 불가능하다.However, this is almost impossible because it requires too many antenna elements from the practical implementation point of view.

또한, 수학식 1을 구현 관점에서 볼 때의 계산량 (일반적으로 역행렬계산을 여인자 방법으로 직접 계산할 경우에 필요한 계산량은임이 잘 알려져 있음)이 매우 많아 실제 구현에 있어 한계점으로 작용하는 문제점이 있다.Also, from the perspective of implementation, Equation 1 (In general, the amount of computation needed to calculate the inverse matrix directly by the woman method is It is very well known that there is a problem that acts as a limitation in actual implementation.

따라서, CDMA 시스템에서는 사용자수가 많아서 널링 효과를 얻기 어렵기 때문에, 널링 작용없이 단순히 원하는 사용자 방향으로 주빔(main beam)만을 형성해주는 방법을 사용할 수 있다. 즉 가중치 벡터는 하기 하는 수학식 2와 같이 구할 수 있다.Therefore, in the CDMA system, since a large number of users makes it difficult to obtain a nulling effect, a method of simply forming a main beam in a desired user direction without a nulling action may be used. That is, the weight vector can be obtained as in Equation 2 below.

수학식 2는 수학식 1과는 달리 공분산 행렬의 역행렬을 구하는 것이 없기 때문에 실시간으로 처리하기가 쉽다는 장점이 있다.Unlike Equation 1, Equation 2 has an advantage of easy processing in real time because there is no inverse matrix of the covariance matrix.

CDMA 이동통신시스템의 역방향 링크 구조가 트래픽 채널과 파일럿 채널이 병렬로 존재하는 PCAM(Pilot channel assisted modulation)에서 파일럿 채널의 전력이 트래픽 채널의 전력보다 상대적으로 낮다. 기존의 방식은 수학식 1에 근거한 가중치 벡터를 구하기 위하여를 계산할 때 파일럿 채널의 상관값을 사용한다. 이는 트래픽 채널 정보가 랜덤한 값의 데이터에 의하여 변조된 신호이기 때문에 직접 사용할 수 없기 때문이다.In a pilot channel assisted modulation (PCAM) in which a reverse channel structure of a CDMA mobile communication system has a traffic channel and a pilot channel in parallel, power of a pilot channel is relatively lower than that of a traffic channel. The conventional method is to obtain a weight vector based on Equation 1 The correlation value of the pilot channel is used when calculating. This is because the traffic channel information cannot be directly used because it is a signal modulated by random data.

그러나,를 구할 때 파일럿 채널만을 이용하면, 파일럿 채널이 트래픽 채널과 비교할 때 상대적으로 낮은 전력을 가지므로 정확한 가중치 벡터를 구하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.But, When using only the pilot channel, there is a problem in that the pilot channel has a relatively low power compared to the traffic channel, and thus there is a limit in obtaining an accurate weight vector.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 CDMA 이동통신 시스템의 스마트 안테나 시스템에서 효과적인 빔 형성을 할 수 있도록 가중치 벡터를 구하기 위하여 파일럿 채널과 트래픽 채널을 동시에 이용하고, 가중치 벡터를 적은 계산량으로 구현할 수 있는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to simultaneously use a pilot channel and a traffic channel to obtain a weight vector for effective beamforming in a smart antenna system of a CDMA mobile communication system. To provide a transceiver of a smart antenna system that can implement a weight vector, a small amount of calculation.

도 1은 종래의 무지향성 CDMA 시스템.1 is a conventional omni CDMA system.

도 2는 스마트 안테나 시스템의 빔형성 예시도.2 is an exemplary diagram of beamforming of a smart antenna system.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 CDMA 스마트 안테나시스템 수신기 구성도3 is a configuration diagram of a CDMA smart antenna system receiver according to an embodiment of the present invention;

도 4는 도 3에서 마이크로 프로세서, 서처, 데시메이터, 디인터리버, 채널 디코더, 데이터 복원기를 제외하고 좀 더 구체적으로 나타낸 본 발명에 따른 CDMA 스마트 안테나 시스템 수신기 블록도.FIG. 4 is a block diagram of a CDMA smart antenna system receiver according to the present invention shown in more detail with the exception of the microprocessor, searcher, decimator, deinterleaver, channel decoder and data decompressor in FIG.

도 5는 도 4의 가중치 벡터 추정기 블록도.5 is a block vector estimator block diagram of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : Omni-directional 안테나 20 : 선형배열안테나10: Omni-directional antenna 20: Linear array antenna

30 : 마이크로 프로세서 31 : RF/IF/기저대역 변환부 및 ADC30 microprocessor 31 RF / IF / baseband converter and ADC

32 : 서처 33 : 핑거32: searcher 33: finger

34 : 가중치 벡터 추정기 35 : 데시메이터34: weight vector estimator 35: decimator

36 : 복소곱셈기 및 합산기 37, 48 : 레이크 합산기36: complex multiplier and summer 37, 48: rake summer

38 : 디인터리버 39 : 채널 디코더38: deinterleaver 39: channel decoder

39-1 : 데이터 복원기 39-2, 49 : 하드리미터39-1: Data Restorer 39-2, 49: Hard Limiter

40 : RF 트랜시버 41 : 가중치 벡터 추정기40: RF transceiver 41: weighted vector estimator

42, 49-1, 55 : 메모리 43, 47, 50, 53, 56 : 곱셈기42, 49-1, 55: Memory 43, 47, 50, 53, 56: Multiplier

44, 59 : 합산기 45 : 채널 추정기44, 59: summer 45: channel estimator

46 : 트래픽 역확산기46: traffic despreader

51 : 역확산된 파일럿 정보를 Ns 칩 동안 평균하는 평균부51: average section for averaging despread pilot information for Ns chips

52 : 가중치 벡터 계산에 사용되는 파일럿 채널 정보 이용 상수, 0 ≤a ≤152: pilot channel information usage constant used for weight vector calculation, 0 ≤ a ≤ 1

54 : 역확산된 트래픽 정보를 한 심벌 구간 동안 평균하는 블록54: block that averages despread traffic information for one symbol period

57 : 역확산된 트래픽 정보를 Nt 심벌 구간 동안 평균하는 블록57: A block for averaging despread traffic information during the Nt symbol period

58 : 가중치 벡터 계산에 사용되는 트래픽 채널 정보 이용 상수,0 ≤1-a ≤158: traffic channel information usage constant used for weight vector calculation, 0 ≦ 1-a ≦ 1

59-1 : 저역 통과 필터59-1: low pass filter

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 하나의 특징에 따른 스마트 안테나 시스템은, 대역확산된 CDMA 신호인 M개의 디지털신호를 Ne개의 안테나로 구성된 배열안테나를 이용하여 수신하는 스마트 안테나 시스템에 있어서, Ne개의 안테나 입력 신호로부터 각 신호의 빔형성을 위하여, 각 신호에 대한 Ne차원의 복소 가중치 벡터를 계산하는 수단; 상기 Ne차원의 복소 가중치 벡터와 안테나에서 수신되는 디지털 신호를 복소 곱셈하는 복소 곱셈 수단; 및 상기 복소 곱셈된 결과를 합산하는 복소 합산 수단을 포함하되, 상기 가중백터는, 간섭 신호를 널링하는 작용없이 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 하기 위하여 파일럿 채널을 이용하는 수단으로, Ne개의 안테나 각각의 신호를 역확산하는 역확산기; 역확산된 결과를 Ns 칩 구간 동안 합산하는 합산기; 상기 합산기의 출력을 Ns로 나누어 평균을 구하기 위한 나눗셈기; 및 상기 나눗셈기의 출력을 저역 통과 필터링 하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, a smart antenna system according to one aspect of the present invention provides a smart antenna system for receiving M digital signals, which are spread spectrum CDMA signals, using an array antenna composed of Ne antennas. Means for calculating a Ne-dimensional complex weight vector for each signal, for beamforming each signal from the two antenna input signals; Complex multiplication means for complex multiplying the Ne-dimensional complex weight vector and the digital signal received at the antenna; And a complex summing means for summing the complex multiplied results, wherein the weighted vector is a means for using a pilot channel to beam only in a desired user signal direction without nulling an interference signal, each of Ne antennas. A despreader that despreads the signal of the despreader; A summer for adding the despreaded result to the Ns chip period; A divider for dividing the output of the summer by Ns to obtain an average; And a low pass filter for low pass filtering the output of the divider.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 하나의 특징에 따른 스마트 안테나 시스템은, M개의 디지털 신호를 Ne개의 안테나로 구성된 배열안테나를 이용하여 송신하는 FDD 시스템 또는 TDD 시스템 중 어느 하나의 스마트 안테나 시스템에 있어서, Ne개의 안테나 송신 신호를 위한 각 신호의 빔형성을 위하여, 각 신호에 대한 Ne차원의 복소 가중치 벡터를 계산하는 수단; 및 상기 Ne차원의 복소 가중치 벡터와 안테나로 송신되는 디지털 신호를 복소 곱셈하는 복소 곱셈 수단을 포함하되, 상기 복소 가중치 벡터는 수신 빔형성에 사용되는 사용자 신호의 다중 경로에 대한 가중치 벡터의 벡터 합을 구하고, 이를 역방향 어레이 매니폴드를 순방향 어레이 매니폴드와 동일하게 변환하는 함수를 이용하여 변환한 후 순방향 링크에 대한 가중치 벡터로 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the smart antenna system according to another feature for achieving the above object of the present invention, any one of the FDD system or TDD system for transmitting M digital signals using an array antenna consisting of Ne antennas An antenna system comprising: means for calculating a Ne-dimensional complex weight vector for each signal for beamforming of each signal for Ne antenna transmission signals; And complex multiplication means for complex multiplying the Ne-dimensional complex weight vector and the digital signal transmitted to the antenna, wherein the complex weight vector is a vector sum of weight vectors for multiple paths of a user signal used for receiving beamforming. After the conversion, the reverse array manifold is converted using the same function as the forward array manifold, and then used as a weight vector for the forward link.

본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템에 의하면, 빔형성 방법은 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 함으로써 가중치 벡터를 구하는 계산량을 줄일 뿐만 아니라, 파일럿 채널과 트래픽 채널을 동시에 사용함으로써, 그렇지 않은 경우에 비하여 성능을 향상시킬 수 있다.According to the smart antenna system according to the present invention, the beamforming method not only reduces the calculation amount for obtaining the weight vector by beamforming in the direction of the desired user signal, but also uses the pilot channel and the traffic channel simultaneously, thereby performing better than the other cases. Can improve.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention.

본 발명에서는 배열안테나시스템에서 빔을 효과적으로 구성하는 방법 및 스마트 안테나 수신기 구조를 일 실시예를 들어 설명한다.In the present invention, a method of effectively configuring a beam in an array antenna system and a smart antenna receiver structure will be described with reference to an embodiment.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 안테나 시스템 수신기 구성도이다.3 is a configuration diagram of a receiver for a smart antenna system according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 안테나 시스템 수신기에서 각 블록간의 데이터 및 제어 신호는 마이크로프로세서(30)에 의하여 제어된다.As shown in FIG. 3, data and control signals between blocks in the smart antenna system receiver according to the embodiment of the present invention are controlled by the microprocessor 30.

RF/IF/기저대역/ADC(31)는 Ne(Ne:1이상의 정수)개의 안테나 엘리먼트에서 수신되는 RF 신호는 IF, 기저대역 신호로 변환된 후 A/D 변환에 의하여 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호로 변환된 각 안테나 엘리먼트 신호는 초기 동기 획득 및 다중경로탐색을 위하여 서처(32)에 입력된다.The RF / IF / baseband / ADC 31 converts an RF signal received from Ne (an integer of 1 or more) antenna elements into IF and baseband signals and then converts them into digital signals by A / D conversion. Each antenna element signal converted into a digital signal is input to searcher 32 for initial synchronization acquisition and multipath search.

핑거(33)에서는 상기 서처(32)로부터 초기 동기 정보를 수신하여 더욱 세밀한 동기를 획득 유지하는 동시에 데이터 정보를 검출한다. 또한, 가중치 벡터 추정기(34)에서 각 안테나 신호를 역확산하는데 필요한 동기 정보를 제공하는 동시에데시메이터(35)에서 필요한 데시메이션 정보를 제공한다. 여기서, 상기 데시메이터(35)는 보통 8배 오버 샘플링된 신호를 얼리/온/레이트(Early/On/Late) 신호로 다운 샘플링한다.The finger 33 receives initial synchronization information from the searcher 32 to acquire and maintain finer synchronization and to detect data information. In addition, the weight vector estimator 34 provides the synchronization information necessary for despreading each antenna signal and provides the decimation information required by the decimator 35. In this case, the decimator 35 downsamples the 8 times oversampled signal into an early / on / late signal.

복소곱셈기 및 합산기(36)는 대역 확산된 디지털 복소 입력신호와 빔형성을 위한 복소 가중치 벡터와의 복소 승산을 연산하여 그 결과를 합산하여 하나의 비트 스트림으로 만들어 그 결과를 핑거(33)로 입력한다.The complex multiplier and adder 36 calculates a complex multiplication of the spread spectrum digital complex input signal and the complex weight vector for beamforming, adds the result to form a single bit stream, and converts the result into a finger 33. Enter it.

핑거(33)에서 검출된 각 경로별 검출 데이터는 레이크 합산기(37)에서 결합된 후, 그 결과가 디인터리버(38)로 전달된다. 상기 디인터리버(38)의 출력은 채널디코더(39), 데이터 복원기(39-1)의 순서로 전달된다. 상기 레이크 합산기(37)의 출력은 하드리미터(39-2)에서 이진 부호로 결정된 후, 트래픽 채널 정보의 부호를 보상하기 위하여 상기 가중치 벡터 추정기(34)로 역궤환된다.The path-specific detection data detected by the finger 33 is combined in the rake summer 37, and the result is transmitted to the deinterleaver 38. The output of the deinterleaver 38 is transmitted in the order of the channel decoder 39 and the data decompressor 39-1. The output of the rake summer 37 is determined by a binary code at the hard limiter 39-2, and is then fed back to the weight vector estimator 34 to compensate for the sign of the traffic channel information.

도 4는 CDMA 스마트안테나 수신기 구조로 상기한 도 3에서 마이크로프로세서, 서처, 데시메이터, 디인터리버, 채널디코더 및 데이터 복원기 등을 제외하여 보다 구체적으로 나타낸 것이다.FIG. 4 illustrates the CDMA smart antenna receiver structure in more detail except for the microprocessor, the searcher, the decimator, the deinterleaver, the channel decoder, and the data decompressor.

도 4에 도시한 바와 같이, 사용자수가 M이고 다중 경로의 수가 L일 때 배열안테나에서 수신되는 신호(x(n))는 다음과 같이 표시될 수 있다.As shown in FIG. 4, when the number of users is M and the number of multipaths is L, the signal x (n) received at the array antenna may be expressed as follows.

여기서,은 [Ne ×1]의 배열응답벡터, d는 안테나 엘리먼트 사이의 거리, λ는 캐리어 신호의 파장, Ne는 안테나 엘리먼트 수, Tc는 한 칩 주기,는 k번째 사용자/ℓ번째 경로의 크기 변수,는 k번째 사용자/ℓ번째 경로의 채널 위상 변수,는 k번째 사용자/ℓ번째 경로의 신호 입사각,는 k번째 사용자/ℓ번째 경로의 시간 지연,는 평균 0/분산의 AWGN [Ne×1] 잡음 벡터이다.here, Is an array response vector of [Ne × 1], d is the distance between antenna elements, λ is the wavelength of the carrier signal, Ne is the number of antenna elements, Tc is one chip period, Is the size variable of the kth user / ℓth path, Is the channel phase variable of the k th user / ℓ th path, Is the angle of incidence of the signal at the kth user / ℓth path, Is the time delay of the k th user / ℓ th path, Average 0 / variance Is the AWGN [Ne × 1] noise vector.

상기한 수학식 3은 또한 하기 하는 수학식 5와 같이 표시할 수 있다.Equation 3 may also be expressed as Equation 5 below.

도 4에서 각 안테나 엘리먼트의 RF 트랜시버(40)의 출력은 A/D 변환된 디지털 신호로 가중치 벡터 추정기(41)로 입력된다.In FIG. 4, the output of the RF transceiver 40 of each antenna element is input to the weight vector estimator 41 as an A / D converted digital signal.

상기 가중치 벡터 추정기(41)의 블록도를 도 5에 표시하였다.A block diagram of the weight vector estimator 41 is shown in FIG.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 가중치 벡터 추정기(41)는 트래픽 채널을 이용하여 가중치 벡터를 구하기 위하여 트래픽 채널 데이터를 역확산한 후 한 심벌 단위로 평균한 후에 메모리(42)에 저장한다.As shown in FIG. 5, the weight vector estimator 41 despreads the traffic channel data in order to obtain a weight vector using the traffic channel, averages the data in a symbol unit, and stores the data in the memory 42.

상기 가중치 벡터 추정기(41)에서 구한 가중치 벡터는 칩단위로 입력 신호와 곱셈기(43)에서 곱하여 진 후, 합산기(44)에서 하나의 비트 스트림으로 합산된다.상기 비트 스트림은 채널 추정기(45)에서 데이터 복조를 위한 채널 추정값을 추정하는데 사용되는 동시에 트래픽 역확산기(46)에서 데이터 복조에 사용된다.The weight vector obtained by the weight vector estimator 41 is multiplied by the input signal and the multiplier 43 in units of chips, and then summed into one bit stream by the adder 44. The bit stream is channel estimator 45. Is used to estimate channel estimates for data demodulation at &lt; RTI ID = 0.0 &gt;

채널 추정 정보는 복소 공액이 취하여진 후 트래픽 역확산기의 출력과 곱하여진다. 이 결과는 다중 경로 신호 정보를 결합하는 레이크 합산기(48)에 전달된다. 상기 레이크 합산기(48)에서 구한 각 경로별 신호 에너지의 합은 하드리미터(49)에서 이진부호로 결정한 후에 메모리(49-1)에 저장한 후, 적당한 시점에서 메모리(42)의 트래픽 심벌 부호를 보상하는데 이용된다.The channel estimation information is multiplied by the output of the traffic despreader after the complex conjugate is taken. This result is passed to a rake summer 48 that combines multipath signal information. The sum of the signal energy for each path obtained by the rake summer 48 is determined by the binary code in the hard limiter 49, stored in the memory 49-1, and at a suitable time, the traffic symbol code of the memory 42 is determined. Is used to compensate.

일반적으로 DMI 방법에서의 가중치 벡터는 하기하는 수학식 6과 같이 구한다.In general, the weight vector in the DMI method is obtained as in Equation 6 below.

여기서는 k번째 사용자, ℓ번째 경로의 입력 신호에 대한 공분산(Covariance) 행렬로 Ne×Ne이고,는 k번째 사용자, ℓ번째 경로에 대한 입력 신호와 기준 신호의 상관벡터로 Ne×1이다. 여기서, Ne는 안테나 엘리먼트의 개수이다. 수학식 6이 갖는 물리적 의미는 원하는 사용자 방향으로는 안테나 빔의 이득을 크게 하고 원하지 않는 사용자의 방향으로는 이득을 최소로 하는 것이다.here Is a covariance matrix for the input signal of the k-th user, l-th path, and Ne × Ne, Is a correlation vector between the input signal and the reference signal for the k-th user, the l-th path, and is Ne × 1. Where Ne is the number of antenna elements. The physical meaning of Equation 6 is to increase the gain of the antenna beam in the desired user direction and minimize the gain in the direction of the unwanted user.

여기서, 원하지 않는 사용자 방향으로 이득을 최소로 하는 것을 널링(Nulling)이라고 하며, 원하지 않는 사용자수가 Ne 이상일 때는 널링이 성립되지 않는다. CDMA 시스템은 시스템 용량이 매우 크기 때문에 실질적으로 Ne << M 이라고 할 수 있다.Here, minimizing the gain in an undesired user direction is called nulling, and nulling is not established when the number of unwanted users is greater than Ne. The CDMA system is actually Ne << M because the system capacity is very large.

따라서 사용자가 매우 많은 상황에서 수학식 6의연산 작용은 원하지 않는 사용자 신호를 널링한다는 측면에서 큰 효과를 얻을 수 없다. 따라서 본 발명에서는 이러한 CDMA 시스템의 특성을 이용하여, 배열 안테나를 이용한 빔을 형성함에 있어서 원하는 사용자의 신호 방향으로만 주빔(main beam)을 형성해주는 다음 수학식 7과 같은 기본 철학으로 가중치 벡터를 계산하는 것을 본 발명에서 제시하였다.Therefore, in a situation where there are very many users, Arithmetic action does not have great effect in terms of nulling unwanted user signals. Accordingly, in the present invention, the weight vector is calculated using the basic philosophy as shown in Equation 7 below, in which a main beam is formed only in a signal direction of a desired user in forming a beam using an array antenna using the characteristics of the CDMA system. It is shown in the present invention.

수학식 6은 공분산 행렬의 역행렬의 계산량이 매우 많기 때문에 사용되는 하드웨어 처리기에 따라서 실제 구현의 한계점으로 작용된다. 그러나, 본 발명에서 제시하는 수학식 7에 의한 가중치 벡터의 계산은 입력 신호와 기준 신호의 상호상관벡터만을 구하기 때문에 그 계산량이 수학식 6에 비하여 현저히 적어짐을 알 수 있다.Equation 6 is a limitation of the actual implementation depending on the hardware processor used because the amount of inverse of the covariance matrix is very large. However, since the calculation of the weight vector according to Equation 7 in the present invention obtains only the cross-correlation vector of the input signal and the reference signal, it can be seen that the amount of calculation is significantly smaller than that in Equation 6.

수학식 7의 방법으로 가중치 벡터를 구하는 구체적인 방법을 설명하기 위하여 본 발명에서는 역방향 링크에 파일럿 채널을 트래픽 채널과 동시에 전송하는 코히어런트 시스템을 고려한다. 이러한 시스템은 일반적으로 파일럿 채널의 할당 전력이 트래픽 전력의 할당 전력에 비하여 상대적으로 낮다.In order to explain a specific method of obtaining a weight vector by the method of Equation 7, the present invention considers a coherent system that transmits a pilot channel on the reverse link simultaneously with a traffic channel. Such systems generally have a lower allocation power of the pilot channel than the allocation power of the traffic power.

파일럿 채널은 송신기에서 미리 알고 있는 정보를 전송하기 때문에 TDMA 시스템에서의 트레이닝 시퀀스(Training sequence)처럼 직접 기준 신호로 사용할 수 있다. 반면에 트래픽 채널 정보는 이진 데이터 정보에 의하여 변조된 신호이므로 이를 직접 사용할 수 없다. 즉, 파일럿 채널과 트래픽 채널을 가중치 벡터를 계산하는데 사용하는 정보원으로 볼 때 두 채널을 다음과 같은 장단점을 가지고 있다.Since the pilot channel transmits information previously known from the transmitter, the pilot channel can be used as a direct reference signal like a training sequence in a TDMA system. On the other hand, since traffic channel information is a signal modulated by binary data information, it cannot be used directly. That is, when the pilot channel and the traffic channel are used as information sources for calculating the weight vector, the two channels have the following advantages and disadvantages.

우선, 파일럿 채널은 미리 알고 있는 데이터를 전송하므로 수신부에서 동기 정보만 알 수 있다면 직접 사용할 수 있다.First, since the pilot channel transmits data known in advance, it can be used directly if the receiver can know only the synchronization information.

반면에 트래픽 채널 정보에 비하여 낮은 전력으로 송신된다. 트래픽 채널은 파일럿 채널보다 높은 전력이 할당되어 전송되는 반면에 정보 데이터에 의해 변조되어 직접 사용할 수 없다는 단점이 있다.On the other hand, it is transmitted at a lower power than traffic channel information. The traffic channel has a disadvantage in that a higher power than the pilot channel is allocated and transmitted, whereas the traffic channel is modulated by information data and cannot be directly used.

트래픽 채널을 사용할 수 있는 한 방법으로 의사 랜덤 이진 부호인 트래픽 정보에 변조된 신호를 상기 레이크 합산기(48)에서 구한 심벌 에너지 값을 이용하여 미리 상기 하드리미터(49)에서 그 값을 결정한 후에 역궤환시켜 트래픽 채널의 부호를 보상한 후에 사용하는 것이다.As a way to use the traffic channel, a signal modulated to traffic information that is a pseudo-random binary code is determined in advance by the hard limiter 49 using the symbol energy value obtained by the rake summer 48, and then inverse. It is used after compensating for the sign of the traffic channel by feedback.

따라서, 파일럿 채널과 트래픽 채널을 동시에 이용한다면 보다 개선된 성능을 얻을 수 있을 것이다.Therefore, if the pilot channel and the traffic channel are used at the same time, more improved performance can be obtained.

도 5는 상기한 바와 같이 파일럿 채널과 트래픽 채널 정보를 동시에 이용하여 가중치 벡터를 구하는 수단이다. 각 안테나 엘리먼트에서 확산된 디지털 정보를 수신하여 파일럿 역확산 코드로 역확산한 후의 역확산기(50)의 출력은 다음 수학식 8과 같다.5 is a means for obtaining a weight vector using the pilot channel and the traffic channel information as described above. The output of the despreader 50 after receiving the digital information spread from each antenna element and despreading it with a pilot despread code is expressed by Equation (8).

칩 단위의 파일럿 채널 역확산 후의, j=1,2,..., Ne를 Ns칩 구간동안 평균하여(51), 그 신호를 하기하는 수학식 9와 같이 표시한다.After chip-by-chip pilot channel despreading , j = 1, 2, ..., Ne are averaged during the Ns chip period (51), and the signal is expressed as shown in Equation 9 below.

각 안테나 엘리먼트에서 확산된 디지털 정보를 수신하여 트래픽 역확산 코드로 역확산한 후의 역확산기(53)의 출력은 다음과 같다.The output of the despreader 53 after receiving the digital information spread from each antenna element and despreading it with the traffic despread code is as follows.

칩 단위의 트래픽 채널 역확산 후의, j=1,2,..., Ne를 한 심벌 구간(SF 칩만큼, SF : spreading factor)동안 평균하여(54), 그 신호를 다음과 같이 표시한다.After Chip Despreading , j = 1, 2, ..., Ne are averaged (54) for one symbol period (by SF chip, SF: spreading factor), and the signal is expressed as follows.

상기의 수학식 11으로 표현되는 심벌 단위의 에너지 값은 원 데이터 이진 정보에 의하여 변조되어 있는 신호로 메모리(55)에 저장된다. 이 메모리에 저장된 값은 상기 하드리미터(49)의 출력인 미리 복조된 데이터 심벌 ^dk와 곱해져(56) 부호가 보상된 후에 Nt 심벌 동안 평균된다(57). 이 출력을 다음과 같이 표시한다.The energy value in symbol units represented by Equation 11 is stored in the memory 55 as a signal modulated by original data binary information. The value stored in this memory is multiplied by a pre-demodulated data symbol ^ d k which is the output of the hard limiter 49 (56) and averaged during the Nt symbol after the sign is compensated (56). Display this output as follows:

수학식 9와 수학식 12는 각각 파일럿에 채널에 의한 채널 추정 정보 및 트래픽 채널에 의한 채널 추정 정보로 두 벡터는 하기하는 수학식 13과 같이 합산된다.Equations 9 and 12 are channel estimation information for channels and channel estimation information for traffic channels, respectively, and the two vectors are summed as in Equation 13 below.

여기서 0≤a≤1은 파일럿 채널과 트래픽 채널 정보를 이용하는 비를 결정짓는 상수이다. 예를 들어 a=1인 경우에는 파일럿 채널만을 이용하여 가중치 벡터를 계산하는 경우이고, a=0인 경우에는 트래픽 채널만을 이용하여 가중치 벡터를 계산하는 경우가 된다. 또한 a=0.5인 경우에는 파일럿 채널과 트래픽 채널을 같은 비율로 이용하여 가중치 벡터를 구하는 경우이다.Here, 0≤a≤1 is a constant that determines the ratio using the pilot channel and traffic channel information. For example, when a = 1, the weight vector is calculated using only the pilot channel, and when a = 0, the weight vector is calculated using only the traffic channel. In the case of a = 0.5, the weight vector is obtained by using the pilot channel and the traffic channel at the same ratio.

파일럿 채널을 이용한 채널 정보와 트래픽을 이용한 채널 정보를 결합하는 합산기(59)의 출력은 성능을 더욱 개선하기 위하여 저역 필터(59-1)에서 저역 통과 필터링을 한다. 이때 사용되는 저역 통과 필터는 낮은 차수의 IIR 필터나 FIR 필터가 사용될 수 있으며, 필터의 임계 주파수(Cutoff frequency)는 채널 정보가 포함되어 있는 최대 도플러 주파수로 할 수 있다. 따라서 저역 통과 필터링된 가중치 벡터는 다음과 같이 표현된다.The output of summer 59, which combines channel information using pilot channels and channel information using traffic, is low pass filtered in low pass filter 59-1 to further improve performance. In this case, a low pass IIR filter or FIR filter may be used as the low pass filter, and the cutoff frequency of the filter may be the maximum Doppler frequency including channel information. Therefore, the low pass filtered weight vector is expressed as follows.

여기서 h(n)는 저역 통과 필터의 임펄스 응답 벡터이다.Where h (n) is the impulse response vector of the low pass filter.

기존의 방법에 의한 수학식 6과 본 발명에서 제안하는 수학식 14의 계산량은 다음과 같이 비교할 수 있다.The calculation amount of the equation (6) by the conventional method and the equation (14) proposed in the present invention can be compared as follows.

우선 수학식 6의 계산량은 각 항별로 다음과 같다.First, the calculation amount of Equation 6 is as follows for each term.

O계산O Calculation

- 필요한 연산 수 : KNe(Ne+1)/2 CMs = 2 KNe (Ne+1) RMs + KNe(Ne+1)RAs-Number of operations needed: KNe (Ne + 1) / 2 CMs = 2 KNe (Ne + 1) RMs + KNe (Ne + 1) RAs

O의 역행렬 계산O Inverse of

- Trench’s 계산 방법에 의한 필요한 연산 수 :The number of operations required by the Trench ’s calculation method:

(7N2/4) Flops = (7 Ne2)RMs + (7Ne2)RAs (7N 2/4) Flops = (7 Ne 2) RMs + (7Ne 2) RAs

O계산O Calculation

- KNe CMs = 4KNe RMs + 2KNe RAs-KNe CMs = 4KNe RMs + 2KNe RAs

O 행렬의 승산O matrix Wow Odds

- 필요한 연산 수 : Ne2CMs = 4Ne2RMs + 4Ne2RAsNumber of operations required: Ne 2 CMs = 4Ne 2 RMs + 4Ne 2 RAs

따라서 전체 계산량은 표 1과 같다.Therefore, the total calculation is shown in Table 1.

#. of Multiplicaions#. of Multiplicaions #. of Additoins#. of Additoins Complex 연산수Complex operator KNe(Ne+1)/2 + (7Ne2/4) + KNe + Ne2[CMs]KNe (Ne + 1) / 2 + (7Ne 2/4) + KNe + Ne 2 [CMs] 7/4 Ne2[CAs]7/4 Ne 2 [CAs] Real 연산 수Real operations 2KNe(Ne+1)+11Ne2+4KNe [RMs]2KNe (Ne + 1) + 11Ne 2 + 4KNe [RMs] KNe(Ne+1)+9Ne2+2KNe [RAs]KNe (Ne + 1) + 9Ne 2 + 2KNe [RAs]

다음으로, 수학식 14의 계산량은 다음과 같다.Next, the calculation amount of Equation 14 is as follows.

O계산O Calculation

- KNe CMs = 4KNe RMs + 2KNe RAs-KNe CMs = 4KNe RMs + 2KNe RAs

O계산O Calculation

- (KNe + K ) CMs = (4KNe + 4K) RMs + (2KNe +2K) RAs-(KNe + K) CMs = (4KNe + 4K) RMs + (2KNe + 2K) RAs

O계산O Calculation

- 2CMs = 8RMs + 4Ras2CMs = 8RMs + 4Ras

O 1차 IIR 필터를 사용하는 경우 컨볼루션 계산Convolution calculation when using O 1st order IIR filter

()( )

- 1 CMs + 1CAs = 4 RMs + 4RAs-1 CMs + 1CAs = 4 RMs + 4RAs

따라서 전체 계산량은 표 2와 같다.Therefore, the total calculation is shown in Table 2.

#. of Multiplicaions#. of Multiplicaions #. of Additoins#. of Additoins Complex 연산 수Complex operations (2KNe+K+3)[CMs](2KNe + K + 3) [CMs] 1 [CAs]1 [CAs] Real 연산 수Real operations 4(2KNe+K+3)[RMs]4 (2KNe + K + 3) [RMs] 2(2KNe+K+3) + 2[RAs]2 (2KNe + K + 3) + 2 [RAs]

표 1과 표 2로부터 제안된 방법은 계산량이 상대적으로 훨씬 적음을 알 수 있다.It can be seen from Table 1 and Table 2 that the proposed method has a much smaller amount of calculation.

역방향 빔형성을 위한 가중치 벡터는 TDD(Time Division Duplex) 시스템과 FDD(Frequency Division Duplex) 시스템의 경우를 생각할 수 있다. 우선, TDD 시스템은 역방향 캐리어 주파수(f u )와 순방향 캐리어 주파수(f d )가 동일하기 때문에 역방향 array manifold(A u )와 순방향 array manifold(A d )가 동일하다. 따라서 순방향빔형성을 위한 가중치 벡터를 그대로 사용하여 역방향 빔형성을 할 수 있다.The weight vector for the backward beamforming may be considered in the case of a time division duplex (TDD) system and a frequency division duplex (FDD) system. First, in the TDD system, since the reverse carrier frequency f u and the forward carrier frequency f d are the same, the reverse array manifold ( A u ) and the forward array manifold ( A d ) are the same. Therefore, reverse beamforming may be performed using the weight vector for forward beamforming as it is.

반면에 FDD 시스템은f u f d 이므로 순방향링크와 역방향링크의 array manifold가 서로 다르다. 따라서 역방향링크의 array manifold를 순방향링크의 array manifold로 변환시키는 함수를 도입할 수 있다.On the other hand, in the FDD system, because f u f d , the array manifolds of the forward link and the reverse link are different. Therefore, a function that converts an array manifold of a reverse link into an array manifold of a forward link can be introduced.

따라서, 순방향링크에 대한 가중치 벡터는 역방향링크의 가중치 벡터를 수학식 15에 의하여 변환시킨 후, 이의 결과로 수학식 16을 사용할 수 있다.Therefore, after the weight vector for the forward link is converted into the weight vector of the reverse link by Equation 15, Equation 16 may be used as a result.

여기서,는 역방향 가중치 벡터를 나타내고,는 순방향 가중치 벡터를 나타낸다.here, Represents a reverse weight vector, Denotes a forward weight vector.

이상에서 설명한 바와 같이, CDMA 이동 통신 시스템에서 역방향링크 (이동국에서 기지국으로의 링크)의 코히어런트 복조를 위한 방법으로 데이터 정보와 파일럿 정보를 동시에 전송하는 PCAM(Pilot Channel Assisted Modulation)방식과 파일럿 심벌을 데이터 정보에 주기적으로 삽입하여 보내는 PSAM(Pilot Symbol Assisted Modulation)방식이 있다. 이때 PCAM 방식은 일반적으로 파일럿 채널의 전력이 데이터 채널 전력보다 상대적으로 낮다. 파일럿 채널 정보는 무변조된 신호이므로 이를 이용하여 채널 정보를 추정할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트 안테나 시스템에서는빔형성을 위한 기준 신호로도 사용할 수 있다.As described above, a pilot channel assisted modulation (PCAM) scheme and a pilot symbol for simultaneously transmitting data information and pilot information as a method for coherent demodulation of a reverse link (link from a mobile station to a base station) in a CDMA mobile communication system. There is a Pilot Symbol Assisted Modulation (PSAM) method that periodically inserts the data into the data information. In this case, in the PCAM scheme, the pilot channel power is generally lower than the data channel power. Since the pilot channel information is an unmodulated signal, not only can channel information be estimated using this, but also can be used as a reference signal for beamforming in a smart antenna system.

반면에 데이터 채널 정보는 트래픽 채널보다 높은 전력으로 송신함에도 불구하고, 랜덤 특성을 갖는 이진 데이터로 변조되므로 빔형성을 위하여 기준 신호로 직접 사용할 수 없다.On the other hand, even though the data channel information is transmitted at higher power than the traffic channel, the data channel information is modulated with binary data having random characteristics, and thus cannot be directly used as a reference signal for beamforming.

그러나, 본 발명에서는 경판정(hard decision)에 의해 추정 심볼을 궤환시키는 방법에 의하여 데이터 채널의 부호를 복원한 후에 이 정보를 이용하여 가중치 벡터를 계산함으로써 보다 효과적인 빔형성을 할 수 있다.However, in the present invention, after reconstructing the sign of the data channel by a method of feedbacking the estimated symbol by hard decision, a more efficient beamforming can be performed by calculating the weight vector using this information.

또한, FDD 시스템의 순방향 빔형성을 위하여 역방향에서 사용된 가중치벡터를 주파수 보정한 후, 순방향 가중치 벡터로 사용할 수 있다.In addition, the weight vector used in the reverse direction for the forward beamforming of the FDD system may be frequency corrected and then used as the forward weight vector.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CDMA 시스템에 있어서 스마트 안테나 시스템의 빔형성 방법은 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 함으로써 가중치 벡터를 구하는 계산량을 줄일 뿐만 아니라, 파일럿 채널과 트래픽 채널을 동시에 사용함으로써, 그렇지 않은 경우에 비하여 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the CDMA system according to the present invention, the beamforming method of the smart antenna system not only reduces the calculation amount for obtaining the weight vector by beamforming in the desired user signal direction, but also uses the pilot channel and the traffic channel simultaneously. However, there is an effect that can improve the performance compared to the other cases.

Claims (17)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 대역확산된 CDMA 신호인 M개의 디지털신호를 Ne개의 안테나로 구성된 배열안테나를 이용하여 수신하는 스마트 안테나 시스템에 있어서,A smart antenna system for receiving M digital signals, which are spread spectrum CDMA signals, using an array antenna composed of Ne antennas, Ne개의 안테나 입력 신호로부터 각 신호의 빔형성을 위하여, 각 신호에 대한 Ne차원의 복소 가중치 벡터를 계산하는 수단;Means for calculating a Ne-dimensional complex weight vector for each signal, for beamforming each signal from the Ne antenna input signals; 상기 Ne차원의 복소 가중치 벡터와 안테나에서 수신되는 디지털 신호를 복소 곱셈하는 복소 곱셈 수단; 및Complex multiplication means for complex multiplying the Ne-dimensional complex weight vector and the digital signal received at the antenna; And 상기 복소 곱셈된 결과를 합산하는 복소 합산 수단을 포함하되,A complex summing means for summing the complex multiplied results, 상기 가중백터는,The weight vector is, 간섭 신호를 널링하는 작용없이 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 하기 위하여 파일럿 채널을 이용하는 수단으로,Means for using a pilot channel to beam only in the desired user signal direction without the effect of nulling the interfering signal, Ne개의 안테나 각각의 신호를 역확산하는 역확산기;A despreader that despreads each of the Ne antennas; 역확산된 결과를 Ns 칩 구간 동안 합산하는 합산기;A summer for adding the despreaded result to the Ns chip period; 상기 합산기의 출력을 Ns로 나누어 평균을 구하기 위한 나눗셈기; 및A divider for dividing the output of the summer by Ns to obtain an average; And 상기 나눗셈기의 출력을 저역 통과 필터링 하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.And a low pass filter for low pass filtering the output of the divider. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 저역 통과 필터는,The low pass filter, IIR 필터 또는 FIR 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.Transmitting and receiving device of a smart antenna system, characterized in that consisting of IIR filter or FIR filter. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 저역 통과 필터의 제한 주파수는,The limit frequency of the low pass filter is, 최대 도플러 주파수로 결정되는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.Transceiver of a smart antenna system, characterized in that determined by the maximum Doppler frequency. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가중치 벡터는 간섭 신호를 널링하는 작용없이 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 하기 위하여 트래픽 채널(또는 정보 채널)을 이용하여 가중치 벡터를 구하는 수단으로,The weight vector is a means for obtaining a weight vector using a traffic channel (or an information channel) in order to beam only in a desired user signal direction without nulling an interference signal. 레이크 합산기에서 심벌 단위의 에너지 값을 받아 이진 부호를 결정하는 하드리미터;A hard limiter for determining a binary code by receiving an energy value in symbol units in a rake adder; Ne개의 각 안테나 신호의 트래픽 신호를 역확산하여 심벌 단위의 에너지 값을 구하는 합산기;An adder for despreading the traffic signals of each of Ne antenna signals to obtain an energy value in symbol units; 상기 심벌 단위의 트래픽 에너지값을 Nd개 저장하기 위한 메모리 블록;A memory block for storing Nd traffic energy values in symbol units; 상기 메모리 블록의 트래픽 에너지값과 하드리미터의 심벌을 곱하는 곱셈기;A multiplier that multiplies the traffic energy value of the memory block by a symbol of a hard limiter; 상기 곱셈기의 출력을 Nt개 가산하는 합산기; 및A summer for adding Nt outputs of the multiplier; And 상기 합산기의 출력을 평균하기 위하여 합산기의 출력을 Nt로 나누는 나눗셈기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.And a divider for dividing the output of the adder by Nt in order to average the output of the adder. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가중치 벡터는 간섭 신호를 널링하는 작용없이 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 하기 위하여 트래픽 채널(또는 정보 채널)을 이용하여 가중치 벡터를 구하는 수단으로,The weight vector is a means for obtaining a weight vector using a traffic channel (or an information channel) in order to beam only in a desired user signal direction without nulling an interference signal. 레이크 합산기에서 심벌 단위의 에너지값을 받아 이진 부호를 결정하는 하드리미터;A hard limiter for determining a binary code by receiving an energy value in symbol units in a rake adder; Ne개의 각 안테나 신호의 트래픽 신호를 역확산하여 심벌단위의 에너지값을 구하는 합산기;An adder for despreading the traffic signals of each of Ne antenna signals to obtain an energy value in symbol units; 심벌 단위의 트래픽 에너지값을 Nd개 저장하기 위한 메모리 블록;A memory block for storing Nd traffic energy values in symbol units; 상기 메모리 블록의 트래픽 에너지값과 하드리미터의 심벌을 곱하는 곱셈기;A multiplier that multiplies the traffic energy value of the memory block by a symbol of a hard limiter; 상기 곱셈기의 출력을 Nt개 가산하는 합산기;A summer for adding Nt outputs of the multiplier; 상기 합산기의 출력을 평균하기 위하여 합산기의 출력을 Nt로 나누는 나눗셈기; 및A divider for dividing the output of the summer by Nt to average the output of the summer; And 상기 나눗셈기의 출력을 저역 통과 필터링하는 저역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.And a low pass filter for low pass filtering the output of the divider. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 저역 통과 필터는,The low pass filter, IIR 필터 또는 FIR 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.Transmitting and receiving device of a smart antenna system, characterized in that consisting of IIR filter or FIR filter. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 저역 통과 필터의 제한 주파수는,The limit frequency of the low pass filter is, 최대 도플러 주파수로 결정되는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.Transceiver of a smart antenna system, characterized in that determined by the maximum Doppler frequency. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가중치 벡터는 간섭 신호를 널링하는 작용없이 원하는 사용자 신호 방향으로만 빔형성을 하기 위하여 파일럿 채널 데이터와 트래픽 데이터를 동시에 이용하는 수단으로,The weight vector is a means for simultaneously using pilot channel data and traffic data in order to beam only in a desired user signal direction without nulling an interference signal. 파일럿 정보를 이용하기 위한 수단으로 Ne개의 안테나 각각의 파일럿 신호를 역확산하는 역확산기;A despreader for despreading the pilot signal of each of the Ne antennas as a means for using the pilot information; 역확산된 결과를 Ns 칩 구간 동안 합산하는 합산기;A summer for adding the despreaded result to the Ns chip period; 상기의 합산기의 출력에 a(0<a<1)로 곱하여 rp를 출력하는 곱셈기;A multiplier for multiplying the output of the summer by a (0 <a <1) and outputting r p ; 트래픽 채널(또는 정보 채널)을 이용하기 위한 수단으로 레이크 합산기에서 심벌 단위의 에너지값을 받아 이진 부호를 결정하는 하드리미터;A hard limiter for determining a binary code by receiving an energy value of a symbol unit in a rake adder as a means for using a traffic channel (or an information channel); Ne개의 각 안테나 신호의 트래픽 신호를 역확산하여 심벌단위의 에너지값을 구하는 합산기;An adder for despreading the traffic signals of each of the Ne antenna signals to obtain an energy value in symbol units; 심벌 단위의 트래픽 에너지값을 Nd개 저장하기 위한 메모리 블록;A memory block for storing Nd traffic energy values in symbol units; 상기 메모리 블록의 트래픽 에너지값과 하드리미터의 심벌을 곱하는 곱셈기;A multiplier that multiplies the traffic energy value of the memory block by a symbol of a hard limiter; 상기 곱셈기의 출력을 Nt개 가산하는 합산기;A summer for adding Nt outputs of the multiplier; 상기 합산기의 출력에 (1-a)를 곱하여 rt를 출력하는 곱셈기;A multiplier for outputting r t by multiplying (1-a) the output of the summer; 상기 rp와 상기 rt를 합산하는 합산기;A summer for adding the r p and r t ; 상기의 합산기의 출력을 저역 통과 필터링하는 저역필터; 및A low pass filter for low pass filtering the output of the summer; And Ne개의 저역 통과 필터의 출력의 이득을 조절하는 이득 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.Transceiver of the smart antenna system, characterized in that it comprises a gain control unit for adjusting the gain of the output of the Ne low pass filter. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 저역 통과 필터는,The low pass filter, IIR 필터 또는 FIR 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.Transmitting and receiving device of a smart antenna system, characterized in that consisting of IIR filter or FIR filter. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 저역 통과 필터의 제한 주파수는,The limit frequency of the low pass filter is, 최대 도플러 주파수로 결정되는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.Transceiver of a smart antenna system, characterized in that determined by the maximum Doppler frequency. 삭제delete 삭제delete 삭제delete M개의 디지털 신호를 Ne개의 안테나로 구성된 배열안테나를 이용하여 송신하는 FDD 시스템 또는 TDD 시스템 중 어느 하나의 스마트 안테나 시스템에 있어서,In the smart antenna system of any one of the FDD system or TDD system for transmitting M digital signals using an array antenna consisting of Ne antennas, Ne개의 안테나 송신 신호를 위한 각 신호의 빔형성을 위하여, 각 신호에 대한 Ne차원의 복소 가중치 벡터를 계산하는 수단; 및Means for calculating a Ne-dimensional complex weight vector for each signal for beamforming each signal for Ne antenna transmission signals; And 상기 Ne차원의 복소 가중치 벡터와 안테나로 송신되는 디지털 신호를 복소 곱셈하는 복소 곱셈 수단을 포함하되,Complex multiplication means for complex multiplying the Ne-dimensional complex weight vector and the digital signal transmitted to the antenna, 상기 복소 가중치 벡터는 수신 빔형성에 사용되는 사용자 신호의 다중 경로에 대한 가중치 벡터의 벡터 합을 구하고, 이를 역방향 어레이 매니폴드를 순방향 어레이 매니폴드와 동일하게 변환하는 함수를 이용하여 변환한 후 순방향 링크에 대한 가중치 벡터로 사용하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나 시스템의 송수신 장치.The complex weight vector obtains a vector sum of weight vectors of multiple paths of a user signal used for receiving beamforming, converts the reverse array manifold to a function equal to the forward array manifold, and then converts the forward link. Transmitting and receiving device of a smart antenna system, characterized in that used as a weight vector for.
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