KR100668657B1 - Array antenna sending system and method for signal process thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시간 분할 다중화 통신 시스템에서 동일한 보정 신호를 이용하여 전달함수 및 비선형성을 동시에 보정할 수 있는 배열 안테나 송신 시스템 및 그의 신호 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an array antenna transmission system and a signal processing method thereof capable of simultaneously correcting a transfer function and nonlinearity using the same correction signal in a time division multiplexed communication system.
본 발명에 따른 배열 안테나 송신 시스템은, 단일 주파수 보정 신호를 생성하고, 생성된 단일 주파수 보정 신호를 주파수 상향 변환시켜 단일 주파수 보정 신호에 대응하는 제1 주파수 신호와 이미지 성분을 포함하는 제2 주파수 신호를 생성한다. 이때, 생성된 제1 및 제2 주파수 신호에 의해 왜곡 성분 신호가 발생된다. 그런 후에, 제1 주파수 신호 및 왜곡 성분 신호를 주파수 하향 변환한다. 그러면, 제1 주파수 신호는 단일 주파수 보정 신호가 된다. 이때, 왜곡 성분 신호로부터 비선형 계수를 추정하고, 제1 주파수 신호가 하향 변환된 신호와 왜곡 성분 신호를 이용하여 배열 송신기의 배열 오차 및 비선형을 동시에 보정한다.The array antenna transmission system according to the present invention generates a single frequency correction signal, frequency upconverts the generated single frequency correction signal, and includes a first frequency signal corresponding to the single frequency correction signal and a second frequency signal including an image component. Create At this time, the distortion component signal is generated by the generated first and second frequency signals. Thereafter, the first frequency signal and the distortion component signal are frequency downconverted. The first frequency signal then becomes a single frequency correction signal. At this time, the nonlinear coefficients are estimated from the distortion component signals, and the array error and the nonlinearity of the array transmitter are simultaneously corrected using the down-converted signal and the distortion component signal.
배열 안테나, 오차보정, 선형화, 왜곡, 전달함수, 배열 송신기, 송신 채널Array Antenna, Error Correction, Linearization, Distortion, Transfer Function, Array Transmitter, Transmission Channel
Description
도 1은 종래 기술에 따른 배열 안테나 송신 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of an array antenna transmission system according to the prior art.
도 2는 종래 배열 안테나 송신 시스템에서 배열 송신기를 선형화하기 위해 적응형 전치 왜곡 방법을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating an adaptive predistortion method for linearizing an array transmitter in a conventional array antenna transmission system.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배열 안테나 송신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration of an array antenna transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4f는 각각 도 3에 도시된 배열 안테나 송신 시스템의 동작 과정 중에서 발생되는 신호를 나타낸 도면이다.4A to 4F are diagrams illustrating signals generated during an operation of the array antenna transmission system illustrated in FIG. 3, respectively.
본 발명은 배열 안테나 송신 시스템 및 그의 신호 처리 방법에 관한 것으로, 특히 배열 안테나 수가 증가하여도 그에 따른 선형 장치의 비용 및 하드웨어적 복잡도를 줄일 수 있는 시간 분할 다중화 시스템에서의 배열 안테나 송신 시스템 및 그의 신호 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.BACKGROUND OF THE
이동통신 시스템의 성능 및 용량은 셀 간 혹은 셀 내에서 발생되는 동일 채 널 간섭 신호와 경로 손실, 다중 경로 페이딩, 신호의 지연, 도플러 확산 및 음영 현상 등의 무선 전파채널 특성에 의해 근본적으로 제한된다. 따라서, 현재의 이동통신 시스템은 이러한 성능 및 용량 제한 현상에 대한 보상기술로 전력 제어, 채널 코딩, RAKE 수신, 디버시티 안테나, 셀의 섹터화, 주파수 분할, 대역확산 등의 기술을 총망라하여 응용하고 있는 실정이다. 그러나, 이동통신 서비스의 욕구가 점차 다양해지면서 그 수요도 크게 늘어남에 따라 기존의 기술만으로는 증대되는 고성능, 고용량의 필요를 충족시키기는 점차 어려워질 것으로 판단된다.The performance and capacity of a mobile communication system are fundamentally limited by the characteristics of the same channel interference signals generated between cells and within cells, and radio propagation channel characteristics such as path loss, multipath fading, signal delay, Doppler spreading and shadowing. . Therefore, the current mobile communication system applies power control, channel coding, RAKE reception, diversity antenna, cell sectorization, frequency division, spread spectrum, etc. as a compensation technology for the performance and capacity limitation phenomenon. There is a situation. However, as the needs of mobile communication services are gradually diversified, the demand is also greatly increased, and it is difficult to meet the needs of high performance and high capacity, which are only increased by existing technologies.
이에 따라 IMT(International Mobile Telecommunication)-2000이라는 21세기를 목표로 한 차세대 이동통신 시스템의 표준화 및 개발 경쟁도 국제적으로 치열한 상태이다. 그 외에도 여러 패킷 및 영상 신호 전송을 위한 고성능 데이터 및 영상 서비스 시스템에 대한 필요도 크게 부각되고 있는 것이 현 실정이어서, 21세기 이동통신 시스템은 기존의 셀룰러 및 개인 휴대 통신과 비교할 때 고품질에 훨씬 높은 용량을 필요로 하는 멀티미디어 통신 서비스가 될 것이며, 음질조차도 유선 통화 음질 정도나 그 이상의 고품질 음성 서비스를 요구받게 될 것이다. 뿐만 아니라, 장차 여러 가지 서비스 신호가 혼재하게 될 혼합 셀 환경에서는 송신 출력과 전송 대역폭이 상대적으로 큰 고속 데이터에 의한 강한 간섭신호의 영향을 감쇄시키는 것이 필수적일 것이며, 핫 스팟(Hot Spot)이나 음영 지역에 원만한 서비스의 제공을 뒷받침해 줄 수 있어야 할 것이다. Accordingly, competition for standardization and development of next-generation mobile communication systems aiming for the 21st century, called International Mobile Telecommunication (IMT-2000), is intensifying internationally. In addition, the need for high-performance data and video service systems for the transmission of multiple packets and video signals is increasing. The 21st-century mobile communication system has high quality and much higher capacity compared to conventional cellular and personal cellular communication. It will be a multimedia communication service that requires high quality, and even the sound quality will be required for high quality voice service of the wire call quality or more. In addition, in a mixed cell environment where several service signals will be mixed in the future, it may be necessary to reduce the influence of strong interference signals caused by high-speed data having a relatively high transmission power and transmission bandwidth, and may be hot spots or shadows. It should be able to support the smooth provision of services to the region.
이러한 간섭신호 및 채널 특성에 의한 성능열화 현상에 대한 해결책으로 상용화 개발가치가 가장 높은 유망 핵심기술로 평가되어지고 있는 것이 바로 ‘스마 트 안테나 기술’이다.The smart antenna technology is the most promising core technology with the highest commercial development value as a solution to the performance degradation caused by interference signals and channel characteristics.
일반적으로 배열 안테나 송신 시스템을 사용하여 신호를 특정한 각도로 송신하기 위해서는 각 송신 채널의 전달 함수가 동일해야 한다. 그러므로, 송신 채널의 전달 함수를 구하기 위해 통상 배열 송신기의 각 채널의 입력단자로 송신 신호와 함께 오차보정 신호를 주입한다. 그리고 주입된 신호는 배열 송신기를 통과하고, 송신 채널을 통과하여 출력되는 신호는 궤환 경로를 통해 수신하여 분석함으로써 배열 송신기의 각 송신 채널에 해당하는 전달 함수를 구할 수 있다. 여기서, 구해진 각 채널의 전달 함수의 역을 배열 송신기의 입력 신호에 곱하므로 해서 각 채널의 전달함수를 동일하게 유지할 수 있다.In general, in order to transmit a signal at a specific angle using an array antenna transmission system, the transmission function of each transmission channel must be identical. Therefore, in order to obtain the transfer function of the transmission channel, an error correction signal is injected into the input terminal of each channel of the array transmitter together with the transmission signal. The injected signal passes through the array transmitter, and the signal output through the transmission channel is received and analyzed through the feedback path to obtain a transfer function corresponding to each transmission channel of the array transmitter. Here, the inverse of the obtained transfer function of each channel may be multiplied by the input signal of the array transmitter to keep the transfer function of each channel the same.
이와 같이, 배열 안테나 시스템에 적용되는 오차보정 신호와 오차보정 신호의 궤환 경로는 송신 채널의 오차보정 이외에 선형화에도 사용될 수 있다.As such, the error correction signal and the feedback path of the error correction signal applied to the array antenna system may be used for linearization in addition to the error correction of the transmission channel.
도 1은 종래 기술에 따른 배열 안테나 송신 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of an array antenna transmission system according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배열 안테나 송신 시스템은, 각 사용자 수에 해당하는 송신 데이터를 생성하는 변조기(110), 생성된 송신 데이터에 빔 형성 가중치를 곱하여 벡터 합산기(130)로 전달하는 빔 형성기(120), 각 사용자에 해당하는 빔 형성기(120)의 출력을 합한 후 배열 오차 보정기(140)로 전달하는 벡터 합산기(130), 배열 송신기(150)의 오차를 보정하기 위하여 배열 송신기(150)의 전달함수의 역을 입력된 데이터에 곱하여 전달하는 배열 오차 보정기(140), 입력된 데이터를 아날로그화 한 후 RF 대역으로 주파수를 상향 변환하여 전달하는 배열 송신기(150), 오차 보정을 위해 배열 송신기(150)의 출력 신호를 추출하여 주파수 하향 변환기(160)로 전달하는 오차 보정 신호 추출기(150), 추출된 오차 보정 신호를 주파수 하향 변환하여 배열 오차 보정기(140)에 전달하는 주파수 하향 변환기(160), 오차 보정 신호 추출기(150)를 통과한 출력 신호를 전달하기 위한 배열 안테나(170)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a conventional array antenna transmission system includes a
특히, 배열 오차 보정기(140)는 배열 송신기(150)의 전달함수를 추정하기 위하여 오차보정 신호발생기(142)에 의하여 채널에 주입할 디지털 오차 보정 신호를 생성하여 오차보정 신호주입기(144) 및 오차보정 계수추정기(146)로 전달한다. 오차보정 신호주입기(144)는 벡터 합산기(130)의 출력 벡터와 디지털 오차 보정 신호 벡터를 합한 디지털 송신 데이터를 만들어 오차 보정기(148)로 전달하고, 오차보정 계수추정기(146)는 배열 송신기(150)를 통과하여 오차 보정 신호를 오차보정 신호발생기(142)에서 생성된 오차 보정 신호와 상관하여 배열 송신기(150)의 전달함수를 각 채널 별로 추정하여 오차 보정기(148)로 전달한다. 오차 보정기(148)는 기저대역에서 생성한 신호가 배열 안테나(170)까지 동일한 특성을 가지고 전달될 수 있도록 배열 송신기(150)의 각 송신 채널에 전달함수의 역을 곱한 후 배열 송신기(150)로 출력시킨다.In particular, the
이러한 배열 오차 보정기(140)의 디지털 출력 신호는 배열 송신기(150)로 주입되고 배열 송신기(150)는 각 채널에 대한 디지털 데이터를 아날로그로 변환하고, RF 대역으로 상향 변환하는 주파수 상향 변환기(152), 배열 송신기(150)의 비선형성을 완화시키기 위한 선형화 장치(도시 생략)를 포함한다. 배열 송신기(150)에 포함된 선형화 장치에 사용되는 선형화 방법에는 선형전력 증폭기를 이용하여 전력증 폭단만을 독립적으로 선형화하는 방법과 전치왜곡기를 이용하여 아날로그 혹은 디지털 신호의 비선형 계수를 추출하여 입력신호에 곱하여 선형화하는 방법이 있다.The digital output signal of the
그리고 배열 송신기(150)의 출력 신호는 오차보정 신호추출기(160)에 주입되어 커플러(162)에 의해 오차보정 신호가 추출되고 스위치(164)에 의해 배열 송신기(150)와 주파수 하향 변환기(170)를 순차적으로 연결한다.The output signal of the array transmitter 150 is injected into the error
스위치(154)에 의해 순차적으로 출력되는 오차보정 신호를 주파수 하향 변환기(160)에서 주파수 하향 변환되어 오차보정 계수추정기(146)로 입력되고, 오차보정 신호발생기(142)에서 생성된 오차 보정 신호 또한 오차보정 계수추정기(146)로 입력된다. 오차보정 계수추정기(146)는 배열 송신기(150)를 통과한 오차보정 신호를 오차보정 신호발생기(142)에서 생성된 오차 보정 신호와 상관하여 배열 송신기(150)의 전달함수를 각 채널 별로 순차적으로 추정하고 이를 바탕으로 오차 보정 계수를 추정한다. 이와 같이 추정된 오차 보정 계수는 오차 보정기(148)로 입력되어 배열 송신기의 각 송신 채널의 크기 및 위상 오차를 보정한다.The error correction signal sequentially output by the switch 154 is frequency down-converted by the frequency down
도 2는 종래 배열 안테나 송신 시스템에서 배열 송신기를 선형화하기 위해 적응형 전치 왜곡 방법을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating an adaptive predistortion method for linearizing an array transmitter in a conventional array antenna transmission system.
도 2에 도시된 바와 같이, 입력 신호는 전치 왜곡기(210)와 주파수 상향 변환기(220) 및 전력 증폭기(230)를 통과시키면서 비선형 왜곡이 발생하여 오차보정 신호 추출기(160)로 주입된다. 그리고 비선형 왜곡 성분이 포함된 전력 증폭기(240)의 출력 신호는 커플러(240)를 통해 추출되고, 주파수 하향 변환기(250)를 통해 주파수 하향 변환된 후, 비선형 계수추정기(260)로 입력된다. 비선형 계수추정 기(260)는 추출된 출력 신호에 비선형 왜곡에 의해 생성된 3차 하모닉 성분만을 추출하여 추출된 값이 최소가 되도록 비선형 계수를 추출하고, 전치 왜곡기(210)에서 추출된 비선형 계수를 입력 신호에 곱함으로써 비선형을 보정한다.As shown in FIG. 2, the non-linear distortion occurs while the input signal passes through the
이처럼 전치 왜곡기(210)를 사용하여 비선형을 보정하기 위해서는 배열 송신기(150)의 출력 신호를 궤환하여 수신하는 것이 필요하며, 이를 입력 신호와 비교하여 그 오차가 최소화되도록 하는 비선형 계수를 추정한다. 그리고 추정된 비선형 계수를 송신 신호에 곱하여 배열 송신기(150)의 선형성을 증가시킨다.As such, in order to correct the nonlinearity using the
그런데, 배열 안테나 송신 시스템과 같이 다수의 배열 송신기가 사용되는 시스템에 선형화 기법을 적용하기 위해서는 각각의 송신기에 독립적인 선형화 장치가 필요하게 된다. 따라서, 배열 안테나 수가 증가하면 하드웨어적 복잡도가 증가하게 되고 선형화 장치에 소요되는 비용이 비례적으로 증가하게 되는 문제점이 발생한다.However, in order to apply the linearization technique to a system in which a plurality of array transmitters are used, such as an array antenna transmission system, an independent linearization apparatus is required for each transmitter. Therefore, as the number of array antennas increases, hardware complexity increases and the cost of the linearization device increases in proportion.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배열 안테나 수의 증가에 따른 선형 장치의 비용 및 하드웨어적 복잡도를 줄일 수 있는 배열 안테나 송신 시스템 및 그의 신호 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an array antenna transmission system and a signal processing method thereof that can reduce the cost and hardware complexity of the linear device according to the increase in the number of array antennas.
본 발명의 한 특징에 따르면, 시간 분할 다중화 통신 시스템의 배열 안테나 송신 시스템이 제공된다. 배열 안테나 송신 시스템은, 제1 주파수의 보정 신호를 생성하는 보정 신호 발생 및 주입기; 상기 생성된 제1 주파수의 보정 신호를 상향 변환하여 상기 제1 주파수의 보정 신호에 대응하는 제2 주파수 신호 및 이미지 성분에 대응하는 제3 주파수 신호를 생성하고, 상기 생성된 제2 및 제3 주파수 성분에 의해 왜곡 성분에 대응하는 제4 주파수 신호를 검출하는 배열 송신기; 상기 제2 및 제4 주파수 신호를 각각 하향 변환하여 상기 제2 주파수 신호에 대응하는 제5 주파수 신호 및 상기 제4 주파수 신호에 대응하는 제6 주파수 신호를 출력하는 주파수 하향 변환기; 및 상기 제5 주파수 신호 및 상기 제6 주파수 신호를 이용하여 상기 배열 송신기의 배열 오차 및 비선형을 보정하는 배열 송신 보정기를 포함한다.According to one aspect of the invention, an array antenna transmission system of a time division multiplexed communication system is provided. An array antenna transmission system includes: a correction signal generator and injector for generating a correction signal at a first frequency; Up-converting the generated correction signal of the first frequency to generate a second frequency signal corresponding to the correction signal of the first frequency and a third frequency signal corresponding to the image component, and generating the generated second and third frequencies An array transmitter for detecting a fourth frequency signal corresponding to the distortion component by the component; A frequency down converter configured to down convert the second and fourth frequency signals, respectively, and output a fifth frequency signal corresponding to the second frequency signal and a sixth frequency signal corresponding to the fourth frequency signal; And an array transmission corrector configured to correct an array error and a nonlinearity of the array transmitter by using the fifth frequency signal and the sixth frequency signal.
이때, 상기 배열 송신 보정기는, 상기 제1 주파수의 보정 신호와 상기 제5 주파수 신호를 이용하여 상기 배열 송신기의 배열 오차 보정 계수를 추정하는 배열 오차 보정 계수 추정기; 상기 제6 주파수 신호를 이용하여 상기 배열 송신기의 비선형 계수를 추정하는 비선형 계수 추정기; 상기 추정된 배열 오차 보정 계수와 상기 비선형 계수를 이용하여 보정 계수 벡터를 발생시키는 계수 상관기; 및 상기 배열 송신기로 입력되는 사용자 수에 해당하는 송신 신호에 상기 발생된 보정 계수 벡터를 곱하여 상기 배열 오차 및 비선형을 보정하는 계수 보정기를 포함한다.The array transmission corrector may include: an array error correction coefficient estimator estimating an array error correction coefficient of the array transmitter using the correction signal of the first frequency and the fifth frequency signal; A nonlinear coefficient estimator for estimating nonlinear coefficients of the array transmitter using the sixth frequency signal; A coefficient correlator for generating a correction coefficient vector using the estimated array error correction coefficient and the nonlinear coefficient; And a coefficient corrector for correcting the array error and nonlinearity by multiplying the generated correction coefficient vector by a transmission signal corresponding to the number of users input to the array transmitter.
그리고 본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 시간 분할 다중화 통신 시스템에서 배열 안테나 송신 시스템의 신호 처리 방법이 제공된다. 배열 안테나 송신 시스템의 신호 처리 방법은, a) 제1 주파수의 보정 신호를 생성하여 배열 송신기로 출력하는 단계; b) 상기 생성된 제1 주파수의 보정 신호를 상향 변환하고 하향 변환하여 상기 제1 주파수의 보정 신호에 대응하는 제2 주파수 신호 및 왜곡 성분의 제3 주파수 신호를 출력하는 단계; c) 상기 제2 주파수 신호 및 상기 제3 주파수 신호를 이용하여 상기 배열 송신기의 배열 오차 계수 및 비선형 계수를 추정하는 단계; 및 d) 상기 추정된 배열 오차 계수 및 비선형 계수에 기초하여 상기 배열 송신기의 배열 오차 및 비선형을 보정하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a signal processing method of an array antenna transmission system in a time division multiplexed communication system is provided. A signal processing method of an array antenna transmission system includes: a) generating a correction signal of a first frequency and outputting the correction signal to the array transmitter; b) up-converting and down-converting the generated correction signal of the first frequency to output a second frequency signal corresponding to the correction signal of the first frequency and a third frequency signal of the distortion component; c) estimating an array error coefficient and a nonlinear coefficient of the array transmitter using the second frequency signal and the third frequency signal; And d) correcting the array error and nonlinearity of the array transmitter based on the estimated array error coefficients and nonlinear coefficients.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.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 may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 시간 분할 다중화 시스템에서의 배열 안테나 송신 시스템 및 그의 신호 처리 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, an array antenna transmission system and a signal processing method thereof in a time division multiplexing system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 배열 안테나 송신 시스템에 대해서 도 3을 참고로 하여 상세하게 설명한다.First, an array antenna transmission system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배열 안테나 송신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration of an array antenna transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배열 안테나 송신 시스 템은 변조기(310), 빔형성기(320), 벡터 합산기(330), 보정신호 발생 및 주입기(340), 배열 송신 보정기(350), 배열 송신기(360), 보정신호 추출기(370), 주파수 하향 변환기(380), 아날로그/디지털 변환기(이하, ‘A/D’라 함)(390) 및 배열 안테나(400)를 포함한다.As shown in FIG. 3, an array antenna transmission system according to an embodiment of the present invention includes a
변조기(310)는 각 사용자 수에 해당하는 송신 데이터를 생성한다.The
빔형성기(320)는 생성된 송신 데이터에 빔형성 가중치를 곱하여 벡터 합산기(330)로 전달한다.The
벡터 합산기(330)는 빔형성기(320)의 출력을 합한 후 보정신호 주입기(332)와 계수 보정기(358)로 전달한다.The
보정신호 발생 및 주입기(340)는 단일 주파수 신호 발생기(342) 및 보정신호 주입기(344)를 포함한다. 단일 주파수 신호 발생기(342)는 배열 송신기(360)의 전달함수 및 비선형성을 동시에 추정하기 위하여 채널에 주입할 디지털 단일 주파수 보정신호를 생성하여 보정신호 주입기(332)로 전달한다. 이 때, 생성되는 단일 주파수 보정신호는 배열 송신기(360)의 주파수에 따른 특성이 상이하므로 시스템에서 서비스하는 신호의 대역폭 내에서 생성하여야 한다. 보정신호 주입기(344)는 벡터 합산기(330)의 출력 벡터와 단일 주파수 신호 발생기(342)의 디지털 단일 주파수 보정신호를 합한 디지털 송신 데이터를 만들어 배열 송신 보정기(350)를 통해 배열 송신기(360)로 전달한다.The correction signal generator and
그리고 시간 분할 다중화 통신 시스템에서 단일 주파수 신호 발생기(334)에서 생성된 단일 주파수 보정신호는 각 배열 송신기(360)의 송신 데이터와 시간적으 로 구별되어 송신되므로 송신 데이터와 합해지지는 않는다. 또한 보정을 위해 사용되는 단일 주파수 보정신호는 시간 분할 다중화 통신 시스템에서 수신 구간 동안 이루어지므로 배열 안테나(400)를 통해 방사되지 않는다.In the time division multiplexing communication system, since the single frequency correction signal generated by the single frequency signal generator 334 is transmitted in time with the transmission data of each array transmitter 360, it is not combined with the transmission data. In addition, since the single frequency correction signal used for the correction is made during the reception period in the time division multiplexing communication system, it is not radiated through the array antenna 400.
여기서, 배열 송신 보정기(350)는 배열 송신기(360)의 출력 신호를 궤환 경로를 통해 다시 수신하여 분석함으로써 배열 송신기(360)의 각 송신 채널에 해당하는 전달함수를 구한다. 이러한 배열 송신 보정기(350)에 대해서는 아래에서 설명하고 먼저 배열 송신기(360)에 대해서 설명한다. Here, the
배열 송신기(360)는 디지털/아날로그 변환기(이하, ‘D/A’라 함)(362) 및 주파수 상향 변환기(364)를 포함한다. D/A(362)는 보정신호 발생 및 주입기(340)에서 발생된 디지털 단일 주파수 보정신호를 아날로그 단일 주파수 보정신호로 변환시킨다. 그리고 주파수 상향 변환기(364)는 아날로그로 변환된 단일 주파수 보정신호를 주파수 상향 변환하여 원 신호에 대한 주파수 성분의 신호와 더불어 이미지 신호의 주파수 성분의 신호를 발생시키고 이를 송신 신호와 함께 보정신호 추출기(370)로 출력한다. 이때, 두 신호는 배열 송신기(360)의 비선형성을 추정하기 위한 신호로 사용되며, 두 주파수 성분의 신호로부터 왜곡 성분이 포함된 3차 하모닉에 해당하는 주파수 성분의 신호가 발생된다.The array transmitter 360 includes a digital-to-analog converter (hereinafter referred to as 'D / A') 362 and a frequency up
보정 신호 추출기(370)는 커플러(372) 및 스위치(374)를 포함한다. 커플러(372)는 배열 송신기(360)로부터 출력된 송신 신호로부터 두 주파수 성분의 신호를 추출하고, 스위치(374)는 커플러(372)를 통해 추출된 두 주파수 성분의 신호를 각 송신 채널에서 순차적으로 주파수 하향 변환기(380)로 전달한다.The
주파수 하향 변환기(380)는 스위치를 통해 순차적으로 전달되는 두 주파수 성분의 신호를 단일 주파수 신호 발생기(344)에서 생성된 단일 주파수 보정신호와 동일한 주파수로 주파수 하향 변환시켜 오차 보정신호를 생성한다. 이 때 생성되는 오차 보정신호는 단일 주파수 보정신호와 동일한 단일 주파수 신호가 되는데, 단지 배열 송신기(360)와 주파수 하향 변환기(380)를 통과하면서 이들의 전달함수를 포함하게 된다. 따라서, 전달함수가 포함된 오차 보정신호로부터 전달함수를 추출하고 이로부터 배열 오차 보정 계수를 추정하게 된다.The frequency down
A/D(390)는 주파수 하향 변환기(380)로부터 생성된 오차 보정신호를 디지털 오차 보정신호로 변환시킨다. 그리고 D/A(390)의 디지털 오차 보정신호는 배열 송신 보정기(350)로 전달된다.The A /
배열 송신 보정기(350)는 배열오차 보정계수 추정기(352), 비선형계수 추정기(354), 계수 상관기(356) 및 계수 보정기(358)를 포함한다.The
배열오차 보정계수 추정기(352)는 A/D(390)로부터 디지털 오차 보정신호를 전달받아 배열 송신기(360)의 전달함수를 추정하기 위해 단일 주파수 신호 발생기(344)에서 발생한 신호의 주파수 성분의 신호를 디지털 필터로 추출한 후, 디지털 단일 주파수 보정신호와 상호 상관하여 각 배열 송신기(360)의 크기와 위상 값을 순차적으로 계산한다. 이렇게 하여 배열오차 보정계수 추정기(352)는 배열 송신기(360)의 각 송신 채널의 전달함수를 추정하고, 그 역을 배열 오차 보정 계수로 활용한다.The array error
그리고 비선형 계수 추정기(354)는 A/D(390)로부터 디지털 오차 보정신호를 전달받아 디지털 오차 보정신호에서 왜곡 성분이 포함된 3차 하모닉에 해당하는 주 파수 성분의 신호를 디지털 필터로 추출한 후, 추출된 신호의 크기가 최소가 되도록 하는 각 채널 별 비선형 계수를 적응적으로 추정한다.The
계수 상관기(356)는 배열오차 보정계수 추정기(352)와 비선형 계수 추정기(354)에서 각각 추정된 배열 오차 보정 계수와 비선형 계수를 상호 상관하여 하나의 보정 계수 벡터를 발생시킨다.The
그리고 계수 보정기(358)는 송신 데이터와 보정 계수 벡터를 곱하여 배열 송신기(360)의 배열 오차 및 비선형성을 동시에 보정한다. 이와 같이 하여 계수 보정기(358)는 기저대역에서 생성한 신호가 배열 안테나(320)까지 동일한 특성을 가지고 전달될 수 있도록 한다.The
이러한 기능을 수행하는 배열 송신 보정기(350)는 시간 분할 다중화 통신 방식에서 수신 구간 동안 폐루프를 형성하여 실시간의 보정이 이루어진다.The
그리고 배열 안테나(400)는 배열 송신기(360)의 배열 오차 및 비선형성을 동시에 보정한 출력 신호를 공기 중으로 전파한다.The array antenna 400 propagates an output signal simultaneously correcting the array error and nonlinearity of the array transmitter 360 into the air.
도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시된 배열 안테나 송신 시스템의 동작 과정 중에서 발생되는 신호를 나타낸 도면들이다.4A to 4F illustrate signals generated during an operation of the array antenna transmission system illustrated in FIG. 3.
먼저, 도 4a는 기저대역에서 배열 오차를 보정하기 위한 오차 보정 신호를 나타낸 것으로, 단일 주파수 보정신호는 배열 송신기(360)에서 수용하는 기저대역 송신 신호의 대역폭 내에서 일정한 크기를 가지는 중심 주파수(f0)를 가지며, 배열 송신기(260)의 오차 보정과 비선형성을 동시에 보정하기 위한 용도로 사용하는 것 을 나타낸다. 그리고 오차 보정 신호의 시간 영역으로 나타내면 도 4b와 같다. First, FIG. 4A illustrates an error correction signal for correcting an array error in a baseband. A single frequency correction signal has a center frequency f having a constant magnitude within a bandwidth of a baseband transmission signal accommodated by the array transmitter 360. 0 ) and used for the purpose of simultaneously correcting the error correction and the nonlinearity of the
그리고 도 4a와 같은 신호를 배열 송신기(360)에 인가하면, 배열 송신기(360) 내의 주파수 상향 변환기(364)에 의해 f0의 단일 주파수 신호는 f2의 주파수 성분의 신호인 원 신호와 더불어 f1의 이미지 주파수 성분의 신호로 변환된다. 변환된 신호는 배열 송신기(360)의 비선형성에 의해 2f2-f1의 주파수를 가지는 왜곡 성분 신호가 발생한다. 이를 주파수 영역에서 도시하면 도 4c와 같이 나타나고 시간 영역에서 도시하면 도 4d와 같이 나타난다.When a signal as shown in FIG. 4A is applied to the array transmitter 360, the frequency up-
도 4c에서 중심 주파수(f2)에 해당하는 단일 주파수 성분의 신호는 배열 송신기(360)의 크기 및 위상 오차를 각 배열 송신 채널에 따라 추정하기 위해 사용되며, 중심 주파수 2f2-f1에 해당하는 단일 주파수 성분의 신호는 비선형성을 나타내는 값이므로 이를 최소화하는 알고리즘을 통해 지속적으로 비선형 계수를 추정하는 데 사용된다.In FIG. 4C, a signal of a single frequency component corresponding to the center frequency f 2 is used to estimate the magnitude and phase error of the array transmitter 360 according to each array transmission channel, and corresponds to the center frequency 2f 2 -f 1 . Since a signal of a single frequency component represents a nonlinearity, it is used to continuously estimate the nonlinear coefficient through an algorithm that minimizes it.
따라서, 도 4c의 신호를 도 3에서 주파수 하향 변환기(380)를 통해 주파수 변환된 신호로 표현하면 도 4e와 같이 나타나며, 이를 시간 영역에서 표현하면 도 4f와 같이 나타난다. 이 신호는 원 단일 주파수 보정신호와 동일한 단일 주파수 신호이나, 배열 송신기(360) 및 주파수 하향 변환기(380)를 통과하면서 배열 송신기(360) 및 주파수 하향 변환기(380)의 전달함수가 포함된 신호가 된다. 따라서, 이 신호가 각각 도 3에서 배열오차 보정계수 추정기(352)와 비선형 계수기(354)에 인 가되어 각각 배열 오차 보정 계수와 비선형 계수를 추정하게 된다. Therefore, when the signal of FIG. 4C is represented as a signal that is frequency-converted through the frequency down
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 시간 분할 다중화 시스템에서 단일 주파수 신호에 의해 배열 송신기(360)의 배열 오차 보정과 아날로그 회로로 구성되는 송신기 정체의 비선형성의 실시간 보정이 가능하게 된다.That is, according to an exemplary embodiment of the present invention, in the time division multiplexing system, a single frequency signal enables real time correction of array error of the array transmitter 360 and nonlinearity of a transmitter congestion composed of analog circuits.
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이상의 실시 예들은 본원 발명을 설명하기 위한 것으로, 본원 발명의 범위는 실시 예들에 한정되지 아니하며, 첨부된 청구 범위에 의거하여 정의되는 본원 발명의 범주 내에서 당업자들에 의하여 변형 또는 수정될 수 있다.The above embodiments are intended to illustrate the present invention, the scope of the present invention is not limited to the embodiments, it can be modified or modified by those skilled in the art within the scope of the invention defined by the appended claims.
본 발명에 의하면, 부가적인 보정 신호 발생 장치와 궤환 장치를 삽입하지 않고, 송신 오차 보정 장치를 활용하여 송신 채널의 선형성을 높일 수 있는 효과가 있다. 즉, 기존의 배열 안테나 송신 시스템에서 장치의 변경없이 단지 배열 선형화기의 장치를 디지털 영역에서 혹은 아날로그 영역에서 부가함으로써 배열 송신기의 각 송신 채널을 순차적으로 선형화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the linearity of the transmission channel can be improved by utilizing the transmission error correction device without inserting additional correction signal generator and feedback device. That is, in the existing array antenna transmission system, by simply adding the device of the array linearizer in the digital domain or the analog domain without changing the apparatus, it is possible to sequentially linearize each transmission channel of the array transmitter.
또한 배열 안테나 시스템과 같이 다수의 송신기가 사용되는 시스템의 각 송신기에 독립적으로 선형화 장치를 사용하면, 배열 안테나 수가 증가함에 따라 비용이 비례적으로 증가하게 되나, 본 발명에 따르면 배열 안테나 수에 관계없이 선형화 장치를 삽입할 수 있으므로 비용 절감의 효과가 있다.In addition, if the linearization device is independently used for each transmitter of a system in which multiple transmitters are used, such as an array antenna system, the cost increases proportionally as the number of array antennas increases, but according to the present invention, regardless of the number of array antennas, Cost savings can be achieved by inserting a linearizer.
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- 2004-11-26 KR KR1020040097824A patent/KR100668657B1/en active IP Right Grant
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