KR100869707B1

KR100869707B1 - 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법 및장치

Info

Publication number: KR100869707B1
Application number: KR1020070007795A
Authority: KR
Inventors: 조용수
Original assignee: 주식회사 네친구; 조용수
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-11-21
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: KR20080070148A; US20080181174A1

Abstract

본 발명은 승용차나 버스와 같은 이동 차량 또는 집이나 빌딩과 같은 고정 건물에 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이를 설치하여 빔형성 이득 또는 다이버시티 이득을 얻어 셀룰러 시스템(Cellular System), PCS(Personal Communication Services), 와이브로(WiBro), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), GPS(Global Positioning System)와 같은 이동통신 시스템 또는 무선 방송 시스템의 성능을 크게 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동 릴레이, 고정 릴레이, 다중 안테나, 채널 상관 측정기, 채널 랭크 측정기, 신호대 간섭비 측정기, 셀 탐색 및 입사각 동시 추정 방법

Description

다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR A TRANSCEIVER IN A MOBILE/FIXED RELAY WITH MULTIPLE ANTENNAS}

도 1은 이동 릴레이 환경을 나타내는 도면이고,

도 2는 고정 릴레이 환경을 나타내는 도면이고,

도 3은 본 실시예에서 제안된 다중 안테나를 갖는 릴레이 시스템의 안테나 구조를 승용차의 예에서 보여주는 도면이고,

도 4는 본 실시예에서 제안된 다중 안테나를 갖는 릴레이 시스템의 전체 구조도를 나타내는 도면이고,

도 5a 내지 도 5c는 본 실시예에서 제안된 다중 안테나를 갖는 릴레이 시스템의 전체 구조도 중 빔형성 안테나의 RF단 구조도이고,

도 6은 이동성이 있는 차량에 다중 안테나를 갖는 이동 릴레이를 적용한 경우 TDD 통신시스템의 신호처리기를 나타내는 도면이고,

도 7은 이동성이 없는 집, 빌딩에 다중 안테나를 갖는 고정 릴레이를 적용한 경우 TDD 통신시스템의 신호처리기를 나타내는 도면이고,

도 8은 이동 차량이나 집, 빌딩 등의 고정 건물에 다중 안테나를 갖는 릴레이를 적용한 경우 FDD 통신시스템의 신호처리기를 나타내는 도면이고,

도 9는 본 발명에서 제안된 다중 안테나를 갖는 릴레이 시스템의 전체 구조도 중 다이버시티 안테나의 RF단 구조도이고,

도 10은 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이에서 DMB, GPS 시스템의 신호처리기를 나타내는 도면이고,

도 11은 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이에서 셀 탐색후 입사각 추정 방법을 나타내는 도면이고,

도 12는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이에서 입사각 추정후 셀 탐색 방법을 나타내는 도면이고,

도 13은 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이에서 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하는 방법을 나타내는 도면이고,

도 14는 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하는 경우의 첫 번째 방식을 나타내는 도면이고,

도 15는 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하는 경우의 두 번째 방식을 나타내는 도면이고,

도 16은 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하는 경우의 세 번째 방식을 나타내는 도면이고,

도 17은 스페큘러 채널에서의 빔형성 이득과 스캐터링 채널에서의 다이버시티 이득을 나타내고,

도 18은 SRB 기반의 빔형성 기법을 적용한 경우의 빔 패턴을 나타내고,

도 19는 목표 신호에 대해 입사각을 추정한 결과를 나타내고,

도 20은 TRB 기반의 빔형성 기법을 적용한 경우의 BER 성능을 나타내고,

도 21은 SRB 기반의 빔형성 기법을 적용한 경우의 BER 성능을 나타내고,

도 22는 스캐터링 채널에서 다이버시티 안테나를 사용하여 MRC 기법을 적용한 경우 셀 내에서 릴레이의 위치에 따른 BER 성능을 나타내고,

도 23은 스캐터링 채널에서 다이버시티 안테나를 사용하여 간섭제거 기법을 적용한 경우 셀 내에서 릴레이의 위치에 따른 BER 성능을 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 외부 빔형성 안테나 110 : 외부 다이버시티 안테나

200 : RF단 400 : 신호 처리기

410 : 동기장치 411 : 셀 탐색기

420 : 채널 추정기 421 : 채널 상관 측정기

422 : 신호대 간섭비 측정기 425 : 채널 랭크 측정기

1000 : 내부 안테나

본 발명은 승용차나 버스와 같은 이동 차량 또는 집, 빌딩과 같은 고정 건물에 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이를 설치하여 빔형성 이득 또는 다이버시티 이득을 얻어 셀룰러 시스템(Cellular System), PCS(Personal Communication Services), 와이브로(WiBro), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), GPS(Global Positioning System)와 같은 이동통신시스템 또는 무선방송시스템의 성능을 크게 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

통신 분야는 90년대부터 현재까지 셀룰러 시스템, PCS, 와이브로 등의 이동 통신과 DMB와 같은 방송 시스템, GPS 등 여러 기술들이 발전되어 급속히 보급되고 있다. 최근에는 이러한 통신 시스템의 성능을 더욱 향상시키기 위하여 다중 안테나 기술이 개발되고 있다. 다중 안테나 기술은 안테나의 배치 간격과 사용 방법에 따라 빔형성(beamforming) 기법과 MIMO(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 기법으로 크게 나눌 수 있다. 빔형성 기법은 λ/2 간격으로 안테나를 배치하여 원하는 방향으로 빔형성을 함으로써 인접 셀에서 수신되는 간섭신호를 제거하고 빔형성 이득을 얻을 수 있다. MIMO 기법은 4λ 이상의 간격으로 안테나를 설치하여 단일 안테나를 사용하는 무선 통신시스템에 비해 다이버시티 이득 또는 멀티플렉싱(multiplexing) 이득을 얻을 수 있다. MIMO 기법은 STC(Space Time Code), MRC(Maximal Ratio Combining) 등의 송수신 다이버시티 기법을 적용하여 보다 신뢰성있게 데이터를 전송하거나, BLAST(Bell Laboratory Layered Space-Time) 등의 멀티플렉싱 기법을 적용하여 데이터 전송을 고속화할 수 있다. 그러나 이러한 다중 안테나 기술을 적용하기 위해서는 λ/2 또는 그 이상의 안테나 간격을 필요로 하는데, 단말기의 경우에 크기가 제한되어 있기 때문에 다중 안테나를 설치하는데 어려움이 따른다.

기존의 이동통신의 경우에는 기지국에서 스마트안테나 기법 등을 사용하여 빔형성을 함으로써 셀 간 간섭을 제거하고 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 이득을 얻는 기법에 대한 연구개발이 이루어져 왔다. 또한 기지국에 다중 안테나를 사용하고 단말기에 한 개 또는 그 이상의 다중 안테나를 사용하는 MIMO 기법에 대한 연구개발이 이루어왔다. 그러나 단말기의 경우에는 다중 안테나를 설치하는데 어려움이 따른다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 셀룰러 시스템, PCS, 와이브로, DMB, GPS와 같은 이동/무선 통신시스템에서 고품질의 신호의 전송을 하기 위한 것으로, 차량이나 집, 빌딩같은 고정 건물에 다중 안테나를 설치하여 이동성과 채널 환경, 그리고 이동 통신 서비스에 따라 빔형성 이득이나 다이버시티 이득을 얻을 수 있고, 이동/무선 통신 시스템을 고려하여 이동/고정 릴레이 송수신에 적합한 이동/고정 릴레이 안테나 배치 구조를 갖고, 와이브로와 같은 하드 핸드오버를 사용하는 이동통신시스템의 셀 경계에 존재하는 이동/고정 릴레이에서 셀 탐색을 통해 목표 기지국의 Cell ID와 목표 신호의 입사각을 동시에 추정할 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 이동 또는 고정물에 셀룰러시스템, PCS, 와이브로, DMB, GPS와 같은 이동통신 시스템 또는 무선 방송 시스템의 성능을 향상시키기 위해 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나가 결합된 이동/고정 릴레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치를 제공한다.

상기 빔 형성 안테나로 대중 대역용 다중 원형 구조의 배열 안테나를 사용하고, 다이버시티 안테나로 다중대역 이중편파 안테나를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 원형 배열 안테나의 안테나 각각의 간격을 반파장으로 하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는다.

다중 대역용 원형 배열 안테나는 가장 큰 반송파 주파수를 기준으로 반파장으로 배치되거나, 가장 작은 반송파 주파수를 기준으로 반파장으로 배치되거나, 다중 대역의 평균 주파수의 반파장으로 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 배열 안테나의 안테나 소자를 평면형 수직편파 특성의 전방향 안테나로 구현된 것을 특징으로 한다.

상기 원형 배열 안테나와 멀티플렉서가 일체화된 것을 특징으로 한다.

상기 빔 형성 안테나는 단일 원형 안테나, 듀얼 원형 안테나 및 트리플 원형 안테나 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 TDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서, 빔 형 성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 외부 수신 안테나; 상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각각의 이동 통신 시스템 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단; 상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기; 상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 동기 장치부; 상기 동기과정을 거친 신호로부터 목표 기지국을 찾는 셀 탐색기; 상기 셀 탐색과정을 거친 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기; 상기 채널 추정기를 거친 신호로부터 빔형성 안테나간의 채널 상관을 측정하는 채널 상관 측정기; 상기 채널 추정기를 거친 신호로부터 상기 빔 형성 안테나 간의 채널 랭크를 측정하는 채널 랭크 측정기; 상기 채널 추정기를 거친 신호로부터 상기 목표 기지국과 간섭 기지국의 신호비를 측정하는 신호대 간섭비 측정기; 상기 채널 상관값과 채널 랭크값으로부터 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기를 사용할지 선택하는 채널 상관 선택기; 상기 신호대 간섭비 측정값과 채널 상관값과 채널 랭크값으로부터 MRC와 간섭 제거기를 사용할지 선택하는 신호대 간섭비 선택기; 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 큰 경우이거나 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 작은 경우에 사용하는 상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기; 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 큰 경우에 사용하는 상기 MRC; 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 작은 경우에 사용하는 상기 간섭 제거기; 상기 검출된 신호로부터 복조를 하는 복조기; 상기 복조된 신호를 변조하는 변조기; 상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및 변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 내부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 TDD 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 상향링크 신호에 대해, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 내부 수신 안테나; 상기 내부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각 통신 시스템 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단; 상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기; 상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 채널 등화를 하는 등화기; 상기 등화과정을 거친 신호로부터 복조를 하는 복조기; 상기 복조된 신호로부터 변조를 하는 변조기; 상기 변조된 신호로부터 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기와 MRT, 간섭 제거기를 사용할지 선택하는 선택기; 상기 선택기에 의해 하향링크에서 상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기를 선택하였을 경우 상향링크에 사용하는 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기; 상기 선택기에 의해 하향링크에서 상기 MRT를 선택하였을 경우 상향링크에 사용하는 MRT; 상기 선택기에 의해 하향링크에서 상기 간섭 제거기를 선택하였을 경우 상향링크에 사용하는 간섭 제거기; 상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기, MRT, 간섭 제거기를 통해 프리코딩(precoding)된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환하는 RF단; 상기 통과대역 신호로 변환된 신호를 기지국으로 송신하는 외부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 외부 수신 안테나; 상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단; 상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기; 상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 동기 장치부; 상기 동기과정을 거친 신호로부터 목표 기지국을 찾는 셀 탐색기; 상기 셀 탐색과정을 거친 신호로부터 소프트 핸드오버 빔형성을 하는 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기; 상기 빔형성된 신호로부터 채널추정을 하는 채널 추정부; 상기 빔형성된 신호를 추정된 신호로 등화시켜 주는 등화기; 상기 등화기를 통해 검출된 신호로부터 복조를 하는 복조기; 상기 복조된 신호를 변조하는 변조기; 상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 내부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서, 빔 형 성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 상향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 내부 수신 안테나; 상기 내부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단; 상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기; 상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 채널 등화를 하는 등화기; 상기 등화과정을 거친 신호로부터 복조를 하는 복조기; 상기 복조된 신호로부터 변조를 하는 변조기; 상기 변조된 신호로부터 프리코딩하는 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기; 상기 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기를 통해 프리코딩된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환하는 RF단; 상기 통과대역 신호로 변환된 신호를 기지국으로 송신하는 외부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 방송 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 외부 수신 안테나; 상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각 무선통신 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단; 상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기; 상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 동기 장치부; 상기 동기과정을 거친 신호로부터 채널 추정을 하는 채널 추정기; 상기 채널 추정과정후 신호를 검출하는 MRC나 EGC; 상기 검출된 신호로부터 복조를 하는 복조기; 상기 복조된 신호를 변조하는 변조기; 상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 내부 안테나를 포함하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치를 제공한다.

빔형성기를 선택할 경우 상기 빔 형성 안테나인 원형 배열 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 한다.

MRC는 다이버시티 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 한다.

MRT는 다이버시티 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 한다.

간섭 제거기는 다이버시티 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 채널 상관 측정기는 원형 배열 안테나로부터 수신된 신호를 하기 수학식을 이용하여 추정하고,

여기서 y_n는 n번째 안테나에 수신된 수신 신호, y_m는 m번째 안테나에 수신된 수신 신호, 그리고 E[]은 평균을 나타낸다.

채널값을 이용하는 상기 채널 상관 측정기는 원형 배열 안테나를 사용하며, 아래 식을 사용하여 안테나간 채널 상관을 추정하고,

여기서 H_n는 n번째 안테나를 통해 들어온 채널, H_m는 m번째 안테나를 통해 들어온 채널, 그리고 E[]은 평균을 나타낸다.

채널값을 이용하는 상기 채널 랭크 측정기는 원형 배열 안테나를 사용하며, 아래 식을 사용하여 안테나간 채널 랭크를 측정하고,

여기서 H_nm은 안테나를 통해 들어온 채널을 나타내는고, m은 안테나를 나타내고, n은 채널의 탭이나 부반송파를 나타낸다.

상기 신호대 간섭비 측정기는,

여기서 y는 수신 신호, P_T는 목표 신호의 프리앰블, P_k는 k번째 간섭 신호의 프리앰블, N_Spacing은 프리앰블 신호의 주파수간 간격, N_Int1는 간섭 신호의 수, N_p는 프리앰블 부반송파 수, N_offset은 프리앰블의 부반송파 옵셋을 나타내고, S_T는 목표신호의 세그먼트, S_k는 k번째 간섭 신호의 세그먼트를 나타내며, 상기 식을 사용하여 목표 기지국의 신호와 간섭으로 작용하는 인접 기지국의 신호의 비를 추정하는 것을 특징으로 한다.

상기 셀 탐색기는,

여기서 R_c는 프리앰블과 수신 신호와의 상호상관행렬의 자기상관벡터를 나타내고, a(θ)는 입사각 θ에 대한 조정벡터를 나타내고, (V_c)_n은 잡음 부공간 벡터를 나타내고, 상기 각 식의 값이 최대가 될 때의 C값이 Cell ID(C)가 되고, θ값이 입사각이 되며, 상기 식을 이용하여 입사각과 셀 탐색을 수행한다.

수신 신호로부터 몇 개의 후보 입사각을 추정한 뒤에 후보 입사각에 대해서만 Cell ID와 입사각을 추정하되, 첫 번째 단계에서 후보 입사각을 추정하며,

R은 수신 신호에 대한 자기 상관 행렬을 나타내고, a(θ)는 입사각 θ에 대한 조정벡터를 나타내며, 각 식에서 M개(M은 자연수)의 θ값이 후보 입사각이 되며, 이 후보 입사각을 사용하여 두번째 단계에서 Cell ID와 입사각을 추정하며,

여기서 θ_m은 첫 번째 단계에서 추정된 후보 입사각을 의미하고, M은 후보 입사각의 개수를 나타내고, 상기 식을 사용하여 셀 탐색과 입사각을 동시에 추정한다.

프리앰블과 수신 신호의 상호상관 행렬을 이용하여 Cell ID와 입사각을 추정하는 셀 탐색 및 입사각 동시 추정하는 기법으로 Direct Searching, Peak Searching, Joint Peak Searching을 사용한다.

Direct Searching기법의 추정기는,

여기서 P^I _c은 I번째 안테나에서 수신 신호와 Cell ID C의 프리앰블 신호의 상호 상관값을 나타내고, d는 안테나간 거리를 나타내고, λ는 파장을 나타내고, Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는 것을 특징으로 한다.

Peak Searching기법의 추정기는,

여기서 P_c는 Cell ID C의 프리앰블 신호와 수신 신호의 상호 상관벡터이고, a(θ)는 조정벡터를 나타내고, Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는다.

Joint Peak Searching기법의 추정기는,

여기서, P_c는 Cell ID의 프리앰플 신호와 수신 신호의 상관 백터이고, a(θ) 는 조정 벡터를 나타내며, 가능한 Cell ID에 대해 수신 신호와 상호 상관을 구한 후 조정 벡터와의 곱이 최대가 되는 Cell ID와 입사각을 찾는다.

또한, 본 발명에 따른 TDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호를 각각의 이동 통신 시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키고, 동기를 추정 보상하는 단계; 상기 기저대역 신호를 이용하여 목표 기지국을 착기 위한 셀 탐색을 수행하는 단계; 셀 탐색 후 채널을 추정하는 단계; 채널이 추정된 신호로부터 빔 형성 안테나간의 채널 상관을 측정하고, 상기 빔 형성 안테나 간의 채널 랭크를 측정하고, 상기 목표 기지국과 간섭 기지국의 신호비를 측정하는 단계; 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 큰 경우이거나 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 작은 경우에 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기를 사용하고, 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 큰 경우에 MRC를 사용하고, 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 작은 경우에 간섭 제거를 기사용하여 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 신호를 복조 및 변조하는 단계; 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변화된 변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 TDD 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여 상향링크 신호에 대해, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호를 각 통신 시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키는 단계; 상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 채널 등화를 하는 단계; 상기 등화과정을 거친 신호를 복조 및 변조하는 단계; 상기 변조된 신호로부터 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기와 MRT, 간섭 제거기를 사용할지 선택하고, 선택된 상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기, MRT 및 간섭 제거기 중 어느 하나를 통해 변조된 신호를 코딩하는 단계; 상기 코딩된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환시켜 기지국으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키고 동기를 추정하고 보상하는 단계; 상기 동기과정을 거친 신호로부터 목표 기지국을 찾기 위한 셀 탐색을 실시하는 단계; 상기 셀 탐색과정을 거친 신호로부터 소프트 핸드오버 빔형성을 하는 단계; 상기 빔형성된 신호로부터 채널추정을 하고, 추정된 신호를 등화시키는 단계; 상기 등화된 신호를 복조 및 변조하는 단계; 상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 내부의 단말기에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여, 상향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키는 단계; 상기 디지털 신호로 변환된 신호를 채널 등화시키고, 복조 및 변조 시키는 단계; 상기 변조된 신호를 프리코딩하는 단계; 상기 프리코딩된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환하는 단계; 상기 통과대역 신호로 변환된 신호를 기지국으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 방송 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서, 빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계; 상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각 무선통신 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키는 단계; 상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 단계; 상기 동기과정을 거친 신호로부터 채 널 추정을 하는 단계; 상기 채널 추정과정후 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 신호로부터 복조 및 변조하는 단계; 상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 내부의 단말기에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법을 제공한다.

상기 채널 상관의 측정은 원형 배열 안테나로부터 수신된 신호를 하기 수학식을 이용하여 추정하고,

여기서 y_n는 n번째 안테나에 수신된 수신 신호, y_m는 m번째 안테나에 수신된 수신 신호, 그리고 E[]은 평균을 나타내는 것을 특징으로 한다.

채널 값을 이용한 상기 채널 상관 측정은 원형 배열 안테나를 사용하며, 아래 식을 사용하여 안테나간 채널 상관을 추정하고,

여기서 H_n는 n번째 안테나를 통해 들어온 채널, H_m는 m번째 안테나를 통해 들어온 채널, 그리고 E[]은 평균을 나타내는 것을 특징으로 한다.

채널값을 이용하는 상기 채널 랭크 측정은 원형 배열 안테나를 사용하며, 아 래 식을 사용하여 안테나간 채널 랭크를 측정하고,

여기서 H_nm은 안테나를 통해 들어온 채널을 나타내는고, m은 안테나를 나타내고, n은 채널의 탭이나 부반송파를 나타내는 것을 특징으로 한다.

상기 신호대 간섭비 측정은,

여기서 y는 수신 신호, P_T는 목표 신호의 프리앰블, P_k는 k번째 간섭 신호의 프리앰블, N_Spacing은 프리앰블 신호의 주파수간 간격, N_Int1는 간섭 신호의 수, N_p는 프리앰블 부반송파 수, N_offset은 프리앰블의 부반송파 옵셋을 나타내고, S_T는 목표신호의 세그먼트, S_k는 k번째 간섭 신호의 세그먼트를 나타내며,

상기 식을 사용하여 목표 기지국의 신호와 간섭으로 작용하는 인접 기지국의 신호의 비를 추정하는 것을 특징으로 한다.

셀 탐색은,

여기서 R_c는 프리앰블과 수신 신호와의 상호상관행렬의 자기상관벡터를 나타내고, a(θ)는 입사각 u에 대한 조정벡터를 나타내고, (V_c)_n은 잡음 부공간 벡터를 나타내고, 상기 각 식의 값이 최대가 될 때의 C값이 Cell ID(C)가 되고, θ값이 입사각이 되며,

상기 식을 이용하여 입사각과 셀 탐색을 수행하는 것을 특징으로 한다.

수신 신호로부터 몇 개의 후보 입사각을 추정한 뒤에 후보 입사각에 대해서만 Cell ID와 입사각을 추정하되,

첫 번째 단계에서 후보 입사각을 추정하며,

R은 수신 신호에 대한 자기 상관 행렬을 나타내고, a(θ)는 입사각 θ에 대한 조정벡터를 나타내며, 각 식에서 M개(M은 자연수)의 θ값이 후보 입사각이 되며, 이 후보 입사각을 사용하여

두번째 단계에서 Cell ID와 입사각을 추정하며,

여기서 θ_m은 첫 번째 단계에서 추정된 후보 입사각을 의미하고, M은 후보 입사각의 개수를 나타내고, 상기 식을 사용하여 셀 탐색과 입사각을 동시에 추정하는 것을 특징으로 한다.

프리앰블과 수신 신호의 상호상관 행렬을 이용하여 Cell ID와 입사각을 추정하는 셀 탐색 및 입사각 동시 추정하는 기법으로 Direct Searching, Peak Searching, Joint Peak Searching을 사용하는 것을 특징으로 한다.

Direct Searching기법은,

Peak Searching기법은,

여기서 P_c는 Cell ID C의 프리앰블 신호와 수신 신호의 상호 상관벡터이고, a(θ)는 조정벡터를 나타내고, Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는 것을 특징으로 한다.

Joint Peak Searching기법은,

여기서, P_c는 Cell ID의 프리앰플 신호와 수신 신호의 상관 백터이고, a(θ) 는 조정 벡터를 나타내며, 가능한 Cell ID에 대해 수신 신호와 상호 상관을 구한 후 조정 벡터와의 곱이 최대가 되는 Cell ID와 입사각을 찾는 것을 특징으로 한다.

상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기에서 SRB 빔형성을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 하드 핸드오버용 고정 릴레이 빔형성기에서 TRB 빔형성을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성을 위해 입사각 추정을 할 때, 셀 탐색과 입사각을 동시에 추정하는 것을 특징으로 한다.

상기 소프트 핸드오버 빔형성은 SRB 빔형성을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 소프트 핸드오버 빔형성은 목표 기지국과 인접 기지국으로 모두 빔을 형성하여, 두 신호를 결합하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 이동 차량 등에 릴레이가 설치된 이동 릴레이를 나타낸 것으로, 채널 환경과 셀에서의 릴레이의 위치, 이동/무선 통신 방식에 따라 다른 송수신 방식이 필요하게 된다.

첫 번째로 채널을 환경에 따라 스페큘러(specular) 채널과 스캐터링(scattering) 채널로 크게 분류할 수 있다.

스페큘러 채널은 기지국과 릴레이 사이에 LoS(Line-of-Sight)가 존재하고 반사체가 없어 송수신 신호의 산란이 없는 채널 환경을 의미한다. 스페큘러 채널의 경우에는 안테나간의 높은 상관 관계로 인해 신호의 입사각도에 대한 공간분할이 가능하고 빔형성 이득을 얻을 수 있어 빔형성 기법이 적합하다. 스캐터링 채널은 기지국과 릴레이 사이에 반사체가 존재하여, 송수신 신호의 산란이 존재하는 채널 환경을 의미한다. 스캐터링 채널의 경우에는 안테나간의 상관 관계가 적고 독립적인 페이딩을 겪게 되어, 페이딩을 효과적으로 극복하고 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 다이버시티 기법이 적합하다.

두 번째로 릴레이가 셀 내에 있는 경우와 셀 경계에 있는 경우로 구분할 수 있다. 셀 내에 있는 경우에는 목표(target) 기지국으로부터의 신호에 비해 인접 기지국으로부터의 신호의 간섭이 작게 작용하고, 셀 경계에 있는 경우에는 인접 기지국으로부터의 신호의 간섭이 크게 작용한다.

세 번째로 핸드오버 방식에 따라 하드 핸드오버(hard handover) 시스템과 소프트 핸드오버(soft handover) 시스템으로 분류할 수 있다.

와이브로와 같이 하드 핸드오버 방식을 사용하는 시스템의 경우에는 셀 경계에서 인접 기지국의 신호가 간섭 신호로 작용하기 때문에 간섭 신호를 제거해야 하는데, 이를 위해서는 수신되는 신호에서 인접 기지국의 신호와 목표 기지국의 신호를 구분해야 한다. 그러나 CDMA와 같이 소프트 핸드오버를 사용하는 시스템은 셀 경계에서 두 신호를 결합(combining)하여 사용하기 때문에 인접 기지국의 신호와 목표 기지국의 신호를 구분할 필요가 없다.

네 번째로 이동통신시스템의 듀플렉스 방식에 따라 구분할 수 있다.

와이브로와 같은 TDD방식의 경우에는 하향링크와 상향링크의 채널이 대칭형(symmetric) 채널로 하향링크와 상향링크의 채널이 유사한 값을 갖는다. 따라서 하향링크의 빔 형성 기법, MRC 기법, 간섭제거 기법의 가중치를 상향링크에서 사용할 수 있다. 하지만 CDMA와 같은 FDD방식의 경우에는 하향링크와 상향링크의 채널이 비대칭형(asymmetric) 채널이기 때문에 하향링크와 상향링크의 채널이 서로 다른 채널이 되어 하향링크의 가중치를 상향링크에서 사용할 수 없다. 하지만 하향링크 신호와 상향링크 신호의 입사각은 변화가 작기 때문에 하향링크 신호의 입사각을 추정하여 상향링크에서 빔 형성 기법을 적용할 수 있다.

도 2는 집이나 빌딩 같은 고정 건물에 릴레이가 설치되어 있는 고정 릴레이를 나타낸 것으로 도 1에 주어진 이동 릴레이에서와 마찬가지로 채널 환경과 셀에서의 릴레이의 위치, 무선 통신 방식에 따라 다른 송수신 방식이 필요하게 된다.

채널 환경에 따라 스페큘러 채널과 스캐터링 채널, 릴레이가 존재하는 위치에 따라 셀 내와 셀 경계, 핸드오버 방식에 따라 하드 핸드오버와 소프트 핸드오버, TDD와 FDD의 듀플렉스 방식에 따라 대칭형 채널과 비대칭형 채널로 분류할 수 있다.

FDD 듀플렉스 방식을 사용하는 이동통신시스템에서는 이동 릴레이와 고정 릴레이에서 모두 비대칭형 채널이 되기 때문에 MRT 기법과 같이 상향링크 전송시 채널의 정보를 필요로 하는 다중 안테나 송신 기법을 사용할 수 없다. 이 경우에는 채널의 정보가 필요하지 않은 빔형성 기법이 이동/고정 릴레이에 적합하며, 하향링크의 신호의 입사각(Direction of Arrival; DoA)을 추정하여 상향링크의 빔형성 기법에 적용한다. 고정 릴레이의 경우에는 시간에 따른 입사각의 변화가 없기 때문에 수렴시간이 비교적 긴 빔형성 기법을 사용할 수 있으나, 이동성이 있는 이동 릴레이의 경우에는 입사각이 시간에 따라 변하기 때문에 이를 고려한 빔형성 기법이 필요하다.

하드 핸드오버 방식을 사용하는 시스템의 경우에는 셀 경계에 존재하는 이동 릴레이 또는 고정 릴레이에서 인접 기지국에서 수신되는 간섭 신호를 제거해야 하며 이를 위해서 이동/고정 릴레이로 수신되는 신호로부터 목표 기지국의 Cell ID와 목표 기지국의 입사각을 동시에 추정하는 기법이 필요하다.

소프트 핸드오버를 사용하는 시스템은 셀 경계에 존재하는 이동 릴레이 또는 고정 릴레이에서 두 신호를 결합하여 사용하기 때문에 인접 기지국의 신호와 목표 기지국의 신호를 구분할 필요가 없다.

본 실시예에서는 이러한 채널 환경과 셀에서의 릴레이의 위치, 무선 통신 방식을 고려한 최적의 이동/고정 릴레이 송수신 기법과 장치, 다중 안테나 배치 구조, 이동/고정 릴레이에서 셀 탐색과 입사각 동시 추정 기법과 장치를 제공한다.

승용차나 버스와 같은 이동 차량 또는 집, 빌딩과 같은 고정 건물은 단말기에 비해 공간적 제약이 적기 때문에 다중 안테나 기술을 적용하기 쉽다. 본 실시예는 승용차나 버스와 같은 이동 차량 또는 집, 빌딩과 같은 고정 건물에 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이를 설치하여 빔형성 이득 또는 다이버시티 이득을 얻기 위한 송수신 기술이다.

본 실시예에서는 승용차나 버스와 같은 이동 차량 또는 집, 빌딩과 같은 고정 건물에 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이를 설치하여 기존의 시스템에 비해 데이터 전송의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다. 이와 같이 이동/고정 릴레이에 다중 안테나를 적용할 경우 서비스받는 무선 통신 시스템의 반송파 주파수, 이중화(duplexing) 방식, 핸드오버(handover) 방식, 이동/고정 릴레이의 위치(셀내, 셀 경계), 채널 환경에 따라 안테나 구조와 송수신 방식이 크게 달라진다. 따라서 본 실시예에서는 셀룰러 시스템, PCS, 와이브로, DMB, GPS 등의 무선 통신 서비스에서 사용되는 반송파 주파수와 이중화 방식, 핸드오버 방식, 이동/고정 릴레이의 위치, 채널 환경을 고려한 최적의 이동/고정 릴레이의 송수신 기법 및 장치를 제안한다.

또한 이러한 무선 통신 서비스의 특성을 고려하여 다중 안테나를 갖는 릴레이 시스템에서 데이터의 송수신에 적합한 안테나 배치 구조를 제안한다. 다중 안테나를 갖는 릴레이 시스템에서는 무선 통신 서비스의 특성에 따라 최적의 성능을 얻 기 위한 안테나 구조가 달라지게 되므로 이동/고정 릴레이용 안테나 구조(configuration)를 제안한다.

그리고 와이브로와 같이 하드 핸드오버를 사용하는 이동통신시스템에서는 소프트 핸드오버를 사용하는 CDMA 시스템과 달리 인접 기지국의 신호가 목표 기지국의 신호에 대해 간섭으로 작용한다. 따라서 셀 경계에 존재하는 이동/고정 릴레이에서 셀 탐색 과정을 통해 목표 신호와 간섭 신호를 구분하고, 빔 형성 기법이나 간섭제거 기법을 사용하여 간섭 신호를 제거해야 한다. 빔형성 기법을 적용하기 위해서 목표 신호의 입사각을 알아야 한다. 이동/고정 릴레이에서는 셀 탐색이 종료된 이후에 입사각 추정을 하는 방법과 입사각 추정을 먼저 한 이후에 셀 탐색을 하는 방법을 고려할 수 있다. 그러나 이 방법은 셀 탐색과 입사각 추정을 분리해서 수행하기 때문에 추정 시간이 오래 걸리는 단점이 있어 셀 탐색과 목표 신호의 입사각을 동시에 추정하는 기법 및 장치를 제안한다.

도 3은 본 실시예에서 제안된 릴레이 시스템의 안테나 배치 구조로 빔형성 안테나와 다이버시티 안테나로 구성되어 있다.

도 3에서 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 이동/고정 릴레이 송수신 장치는 빔형성 이득을 얻을 수 있는 빔형성 안테나와 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 다이버시티 안테나로 구성되어있다. 본 실시예에서는 빔형성 안테나로 단일 원형 안테나, 듀얼 원형 안테나, 트리플 원형 안테나 세가지를 제공한다.

단일 원형 안테나는 반송파주파수가 800MHz인 셀룰러 시스템과 1800MHz인 PCS, 2.3GHz인 와이브로(WiBro)에서 모두 동작할 수 있는 단일 원형 안테나로 구성 된다. 이때 빔형성 안테나간 간격은 세 시스템의 평균 반송파 주파수의 반파장에 맞출 수 있고(안테나간 간격: 9.18cm, 지름: 23.38cm), 가장 우수한 성능을 내고자 하는 시스템의 반송파 주파수의 반파장에 맞출 수 있다(셀룰러 시스템의 경우 안테나간 간격: 18.75cm, 지름: 47.74cm, PCS의 경우 안테나간 간격: 8.33cm, 지름: 21.2cm, 와이브로의 경우 안테나간 간격: 6.52cm, 지름: 16.6cm).

듀얼 원형 안테나는 셀룰러 시스템에서 동작하는 바깥쪽의 원형 배열 안테나와 PCS, 와이브로에서 동작하는 안쪽의 원형 배열 안테나로 구성된다. 이때 바깥쪽의 원형 배열 안테나의 안테나간 간격은 셀룰러 시스템의 반송파 주파수의 반파장에 맞추고(안테나간 간격: 18.75cm, 지름: 47.74cm), 안쪽의 원형 배열 안테나의 안테나간 간격은 PCS와 와이브로의 평균 반송파 주파수의 반파장에 맞출 수 있고(안테나간 간격: 7.32cm, 지름: 18.64cm), 둘 중 우수한 성능을 내고자 하는 시스템의 주파수의 반파장에 맞출 수 있다(PCS의 경우 안테나간 간격: 8.33cm, 지름: 21.2cm, 와이브로의 경우 안테나간 간격: 6.52cm, 지름: 16.6cm).

트리플 원형 안테나는 셀룰러 시스템에서 동작하는 바깥쪽의 원형 배열 안테나와 PCS에서 동작하는 가운데의 원형 배열 안테나, 그리고 와이브로에서 동작하는 안쪽의 원형 배열 안테나로 구성된다. 이때 각 안테나간 간격은 각 시스템의 반송파 주파수의 반파장 간격으로 맞춘다(셀룰러 시스템의 경우 안테나간 간격: 18.75cm, 지름: 47.74cm, PCS의 경우 안테나간 간격: 8.33cm, 지름: 21.2cm, 와이브로의 경우 안테나간 간격: 6.52cm, 지름: 16.6cm).

실제 이동/고정 릴레이 송수신 장치에서는 안테나 및 RF의 설치 비용과 성능 을 고려하여 위의 세가지 안테나 중의 한가지를 선택하여 사용한다.

그리고 다이버시티 안테나는 적용하고자하는 이동통신시스템에 상관없이 충분한 다이버시티 이득을 얻기 위해 파장의 수 배만큼 띄어 놓는다. 다이버시티 안테나로 다중대역 이중편파 특성을 갖도록 하여 다이버시티 특성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 실시예에서 제공하는 릴레이 시스템의 전체 구조도를 나타낸다.

도 4에서 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 제안하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이 시스템에서 빔형성 안테나(100)와 다이버시티 안테나(110)를 통해 수신된 신호는 RF(Radio Frequency)단(200)과 A/D 변환기(300), 신호처리기(400), 복조기(500), 변조기(600), D/A 변환기(700), RF단(900)을 거쳐 내부안테나(1000)를 통해 차량이나 집, 빌딩 내부의 단말기로 다시 전송된다.

각 안테나(100,110)로 수신된 신호는 RF단(200)을 통해 통과대역(passband) 신호에서 기저대역(baseband) 신호로 변환된다. RF단(200)은 위에서 기술한 원형 배열 안테나의 구조에 따라 크게 세 가지의 배치 구조가 존재한다.

도 4의 신호 처리기(400)는 통신 시스템의 듀플렉스 방식과 채널의 상관정도와 채널의 랭크, 신호대 간섭비(Signal to Interference Ratio; SIR), 이동성에 따라 처리하는 방식이 달라진다.

도 5a 내지 도 5c는 빔형성 안테나의 RF단 구조도를 나타낸다.

도 5a에서 나타낸 바와 같이, 빔형성 안테나가 단일 원형 안테나인 경우에는 셀룰러 시스템과 PCS, 와이브로의 세 가지 이동통신시스템에서 모두 동작해야 하므 로 먼저 트리플렉서(triplexer)(210)를 통해 세가지 주파수로 각각 분리된다.

이때, 셀룰러와 PCS는 FDD방식이므로 상향링크 신호와 하향링크 신호를 구분해야 한다. 따라서 듀플렉서(duplexer)(220, 221)를 통해 신호를 상향링크와 하향링크 신호로 각각 구분한다. 하향링크 신호의 경우 증폭기(230)를 거친 후 발진기(250)를 통해 기저대역 신호로 변환되고, 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다.

와이브로는 TDD방식을 사용하므로 상향링크와 하향링크의 반송파 주파수가 같기 때문에 주파수 구분은 필요없지만 상향링크와 하향링크 신호를 시간적으로 구분해야 한다. 따라서 와이브로는 신호처리기(400)의 동기 검출부(410)를 통해 스위칭 신호를 받아 상향링크와 하향링크 신호를 구분한다. 그리고 증폭기(230)를 거친 후 발진기(250)를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다.

도 6은 이동성이 있는 차량에 릴레이를 적용한 경우 TDD방식의 신호처리기(400)를 나타낸다.

도 6에서 나타낸 바와 같이, 안테나(100,110)를 통해 수신된 신호는 RF단(200)을 통해 기저대역 신호로 변환된 후 신호 처리기(400)의 동기부(410)에서 신호의 동기를 맞추고 셀 탐색기(411)에서 릴레이가 위치하는 셀을 찾는다. 그 후, 채널 상관 측정기(421), 채널 랭크 측정기(425), 신호대 간섭비 측정기(422)의 결과를 통하여 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성기(432-1)와 MRC(Maximal Ratio Combining)(432-2), 간섭제거기(Interference Canceller)(432-3)중의 하나를 택하 여 사용한다. 이러한 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성 기법(432-1)과 간섭제거 기법(432-3)은 이동성이 있는 TDD 방식에서 하드 핸드오버를 하기 때문이다. 와이브로와 같이 하드 핸드오버를 사용하는 TDD 시스템에서 이동 릴레이가 셀 경계에 존재하는 경우 인접 기지국의 신호가 간섭 신호로 작용하기 때문에 이에 따른 성능 열화를 막기 위하여 채널의 상황에 따라 수신 방식과 송신 방식이 다르게 선택된다.

채널 상관 측정기(421)는 각 안테나간 채널의 상관 정도를 측정하는 장치이다. 채널 상관 측정기는 약 λ/2 간격으로 배치해 있는 빔형성 안테나(100)를 사용하여 채널 상관을 측정한다.

또한 채널 랭크 측정기(425)는 약 λ/2 간격으로 배치해 있는 빔형성 안테나(100)를 사용하여 안테나간 채널의 랭크를 측정하는 장치로서 채널 상관의 결과와 랭크의 결과에 따라 다이버시티 안테나(110) 또는 빔형성 안테나(100)가 선택된다. 즉, 측정된 채널 상관값이 기준 채널 상관치보다 큰 경우나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 작을 경우에는 빔형성 안테나가 선택되며, 채널 상관치가 기준치보다 작은 경우나 안테나간 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 클 경우에는 다이버시티 안테나가 선택된다.

측정된 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 큰 경우나 채널 랭크 측정값이 기준 채널 랭크치보다 작을 경우에는 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성 기법을 선택한다. 이는 환경이 스페큘러 채널 환경임을 의미하고 이러한 스페큘러 채널 환경에서는 빔형성 기법이 적합하므로, 목표 기지국에 대해서만 빔을 형성하고 인접 기지국에 대해서는 널빔(null-beam)을 형성하여 간섭에 대한 영향을 줄일 수 있는 하드 핸드오버용 빔형성 기법을 사용하는 것이 적합하다. 또한 이동 릴레이는 릴레이가 이동함에 따라 입사각의 변화가 발생하므로 충분한 수렴 시간을 필요로 하는 TRB(Training Reference Beamforming) 빔형성 기법보다는 SRB(Spatial Reference Beamforming) 빔형성 기법이 적합하다.

SRB 빔형성 기법은 수신되는 신호의 입사각 정보를 이용하여 빔형성을 하는 기법이므로, SRB 빔형성을 사용하기 위해서는 입사각 추정 알고리듬을 통해 입사각을 추정해야 한다. 이동 릴레이에서의 입사각 추정을 위해서는 셀 탐색을 통해 목표 기지국을 구분한 후 입사각을 추정하는 방법과 입사각을 추정한 후 셀 탐색을 통해 목표 기지국을 구분하는 방법을 고려할 수 있다. 하지만 이 방법들은 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.

따라서 본 실시예에서는 이동 릴레이에서 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하는 방법을 제공한다. 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하는 기법은 셀 탐색과정에서의 프리앰블 신호와의 상호상관값을 이용하여 입사각을 함께 추정하는 기법이며 추후 자세히 기술한다.

측정된 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 작은 경우나 채널의 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우에는 MRC 기법이나 간섭제거 기법을 사용한다.

MRC 기법은 수신단에서 측정한 채널 정보를 이용하여 다이버시티 이득을 얻는 기법으로 채널 상관 측정기(421)에 의해 측정된 채널 상관값이 기준 상관치보다 작거나 채널 랭크 측정기(425)에서 측정된 채널의 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정기(422)에 의해 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비보다 큰 경우에 적용한다. 채널 상관값이 기준 채널 상관치보다 작은 경우와 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우는 기지국과 릴레이 사이의 채널이 스캐터링 채널임을 의미한다. 그리고 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비보다 큰 경우에는 릴레이가 기지국에 충분히 가까이에 존재하여 간섭 신호의 영향이 작음을 나타낸다.

간섭제거 기법은 수신단에서 측정한 채널 정보를 이용한 가중치로 인접 셀로부터의 간섭 신호를 제거하고 다이버시티 이득을 얻는 결합(joint) 검출 기법으로 수신단에서 ZF(Zero Forcing)기법, MMSE(Minimum Mean-Square Error)기법, ML(Maximum Likelihood)기법 등을 적용할 수 있다. 이러한 간섭 제거 기법은 채널 상관 측정기(421)에 의해 측정된 채널 상관 값이 기준 상관치보다 작거나 채널 랭크 측정기(425)에서 측정된 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정기(422)에 의해 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비보다 작은 경우에 적용한다. 이때 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비보다 작은 경우 릴레이가 기지국으로부터 멀리 떨어져서 셀 경계 지역에 존재하여 인접 셀로부터의 간섭 신호의 영향이 크게 작용함을 나타낸다.

이동성이 있는 TDD방식의 상향링크의 경우, 하향링크의 채널 정보나 입사각 정보를 이용하여 각각 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성 기법(441-1)이나 MRT(Maximum Ratio Transmitter) 기법(441-2), 간섭제거 기법(441-3)을 사용한다. 이는 도 6의 선택기(Selector)(450)에 의해 선택되는데, 선택 조건은 하향링크에서 의 측정한 채널 상관 측정값과 채널 랭크 측정값 그리고 신호대 간섭비 측정값이다.

하향링크에서와 동일하게 SRB 기반의 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성 기법(441-1)은 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 크거나 채널 랭크 값이 기준채널 랭크치보다 작을 때 사용하고, MRT 기법(441-2)은 하향링크의 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비의 값보다 클 때 사용한다.

그리고 간섭제거 기법(441-3)은 채널 상관 측정 값이 기준 채널 상관치보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우, 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비의 값보다 작을 때 사용한다.

도 5b에서 나타낸 바와 같이, 빔형성 안테나가 듀얼 원형 안테나인 경우에 셀룰러 시스템은 외부의 원형 안테나를 사용하고, PCS와 와이브로는 내부의 원형 안테나를 사용한다. 셀룰러 시스템은 FDD방식이므로 외부의 원형 안테나를 통해 수신된 신호를 상향링크 신호와 하향링크 신호로 구분해야 한다. 따라서 듀플렉서(220)를 통해 신호를 상향링크와 하향링크 신호로 각각 구분한다.

하향링크 신호의 경우 증폭기(230)를 거친 후 발진기(250)를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다. PCS와 와이브로는 내부의 원형 안테나를 같이 사용하므로 수신된 신호에서 듀플렉서(211)를 통해 PCS 신호와 와이브로 신호를 구분한다. 그리고 PCS는 FDD방식이므로 상향링크 신호와 하향링크 신호를 구분해야 한다. 따라서 듀 플렉서(221)를 통해 상향링크와 하향링크 신호로 각각 구분한다.

하향링크 신호의 경우 증폭기(230)를 거친 후 발진기(250)를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다. 와이브로는 TDD방식이므로 상향링크와 하향링크의 반송파 주파수가 같다. 따라서 주파수 구분은 필요없지만, 상향링크와 하향링크 신호를 시간적으로 구분해야 한다. 따라서 와이브로에서는 신호처리기(400)의 동기 검출부(410)를 통해 스위칭 신호를 받아 상향링크와 하향링크 신호를 구분한다. 그리고 하향링크 신호의 경우 증폭기(230)를 거친 후 발진기(250)를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다.

도 7은 이동성이 없는 고정 건물에 다중 안테나를 갖는 릴레이를 적용한 경우 TDD 시스템의 신호처리기(400)를 나타낸다.

도 7에서 나타낸 바와 같이, 안테나(100,110)를 통해 수신된 신호는 RF단(200)을 통해 기저대역 신호로 변환된 후 신호 처리기(400)의 동기부(410)에서 신호의 동기를 맞추고 셀 탐색기(411)에서 릴레이가 위치하는 셀을 찾은 후, 채널 상관 측정기(421), 채널 랭크 측정기(425), 신호대 간섭비 측정기(422)를 통해 하드 핸드오버용 고정릴레이 빔형성기(432-1), MRC(432-2), 간섭제거기(432-3) 중의 하나를 선택한다. 이러한 하드 핸드오버용 고정릴레이 빔형성기법(432-1)과 간섭제거 기법(432-3)을 사용하는 이유는 이동성이 없는 TDD 시스템에서 하드 핸드오버를 하기 때문이다. 하드 핸드오버에서는 인접 기지국의 신호가 간섭 신호로 작용하여 성능을 열화시킨다.

도 6에서와 마찬가지로 채널 상관 측정기(421)는 각 안테나간 채널의 상관 정도를 측정하는 장치이다.

채널 상관 측정기는 안테나간 간격이 약 인 빔형성 안테나(100)를 사용하여 채널의 상관을 측정하는 장치이고, 채널 랭크 측정기(425)는 빔형성 안테나(100)를 사용하여 안테나간 채널의 랭크를 측정하는 장치로서, 측정된 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 큰 경우이거나 채널의 랭크가 기준 채널 랭크치보다 작은 경우에는 빔형성 안테나가 선택되며, 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 작은 경우이거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우에는 다이버시티 안테나가 선택된다.

측정된 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 큰 경우이거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 작은 경우에 신호처리기는 하드 핸드오버용 고정릴레이 빔형성기를 사용한다. 이는 기지국과 릴레이 사이가 스페큘러 채널 환경임을 나타내므로 이러한 스페큘러 채널에서 TRB 빔형성기법을 사용하여 목표 기지국에 대해서만 빔을 형성하고 인접 기지국에 대해서는 널빔(null-beam)을 형성하여 간섭에 대한 영향을 줄인다. TRB 빔형성기법은 목표 기지국의 훈련 신호(training signal)를 이용하여 빔형성하는 기법이므로 TRB 빔형성을 사용하기 위해서는 목표 기지국의 훈련 신호를 알아야 한다. 또한 TRB 빔형성을 사용할 경우에는 충분한 훈련 신호가 존재해야 하는데, 고정 릴레이에서는 입사각이 시간에 따라 큰 변화가 없기 때문에 충분한 시간동안 훈련 신호를 이용하여 빔형성 할 수 있다.

도 6의 TDD 시스템의 이동 릴레이에서와 마찬가지로 측정된 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관치보다 작은 경우나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우에 MRC기법이나 간섭제거 기법을 사용한다.

MRC 기법은 수신단에서 측정한 채널 정보를 이용하여 다이버시티이득을 얻는 기법으로 채널 상관 측정기(421)에 의해 측정된 채널 상관값이 기준 상관치보다 작거나 채널 랭크 측정기(425)에 의해 측정된 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정기(422)에 의해 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비보다 큰 경우에 적용한다.

간섭 제거 기법은 채널 상관 측정기(421)에 의해 측정된 채널 상관값이 기준 상관치보다 작거나 채널 랭크 측정기(425)에 의해 측정된 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정기(422)에 의해 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비보다 작은 경우에 적용하며, 수신단에서 결합(joint) 검출 기법으로 ZF 기법, MMSE 기법, ML 기법 등을 적용할 수 있다.

이동성이 없는 TDD방식의 상향링크의 경우, 하향링크의 채널 정보나 빔형성 정보를 이용하여 각각 하드 핸드오버용 고정릴레이 빔형성기법(441-1)이나 MRT 기법(441-2), 간섭제거 기법(441-3)을 적용한다. 이는 선택기(450)에 의해 결정되며, 선택 조건은 하향링크에서의 채널 상관 측정값, 채널 랭크 측정값, 신호대 간섭비 측정값이다.

TRB 기반의 빔형성기법(441-1)은 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관값보다 크거나 채널 랭크 측정값이 기준 채널 랭크치보다 작은 경우에 사용하고, MRT 기 법(441-2)은 하향링크의 채널 상관 측정값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우, 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비의 값보다 큰 경우에 사용한다.

그리고 간섭제거 기법(441-3)은 하향링크의 채널 상관 측정 값이 기준 채널 상관치보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우, 측정된 신호대 간섭비의 값이 기준 신호대 간섭비의 값보다 작은 경우에 사용한다.

도 5c에서 나타낸 바와 같이, 빔형성 안테나가 트리플 원형 안테나인 경우에 셀룰러 시스템은 외부의 원형 안테나를 사용하고, PCS는 가운데의 원형 안테나를 사용하고, 와이브로는 내부의 원형 안테나를 사용한다. 셀룰러 시스템과 PCS는 FDD방식이므로 각각 외부와 가운데의 원형 안테나를 통해 수신된 신호를 상향링크 신호와 하향링크 신호로 구분해야 한다.

따라서 듀플렉서(220, 221)를 통해 신호를 상향링크와 하향링크 신호로 각각 구분한다.

하향링크 신호의 경우 증폭기(230)를 거친 후 발진기(250)를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다.

와이브로는 내부의 원형 안테나를 사용한다. 와이브로는 TDD방식이므로 상향링크와 하향링크의 반송파 주파수가 같기 때문에 주파수 구분은 필요없지만 상향링크와 하향링크 신호를 시간적으로 구분해야 한다. 따라서 와이브로에서는 신호처리기(400)의 동기 검출부(410)를 통해 스위칭 신호를 받아 상향링크와 하향링크 신호 를 구분한다. 그리고 하향링크 신호의 경우 증폭기(230)를 거친 후 발진기(250)를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다.

도 8은 이동 차량이나 집, 빌딩 등의 고정 건물에 릴레이를 적용한 경우 FDD방식의 신호처리기(400)를 나타낸다.

도 8에서 나타낸 바와 같이, 하향링크에서 빔형성 안테나(100)를 통해 수신된 신호는 RF단(200)을 통해 기저대역 신호로 변환된 후 신호 처리기(400)의 동기부(410)에서 신호의 동기를 맞추고 셀 탐색기(411)에서 릴레이가 위치하는 셀을 찾은 후 빔형성 안테나를 통해 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성(432-1)을 하고, 파일롯 신호를 이용하여 채널 추정(420)을 한다. 그리고 등화기(710)에서 추정된 채널을 이용하여 등화를 한다.

FDD방식의 경우 하향링크의 채널과 상향링크의 채널이 다르지만, 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기의 경우 수신 신호의 입사각을 추정한 후 이를 사용하여 빔을 형성하는 것이므로 하향링크와 상향링크의 채널 변화에 상관없이 하향링크의 빔형성기 가중치를 이용할 수 있다. 따라서 하향링크에서 추정된 해당 기지국의 입사각을 이용하여 상향링크에서 빔형성(442)한다.

FDD방식의 경우에는 하향링크와 상향링크의 채널이 다르기 때문에 하향링크의 채널 정보를 상향링크에서 이용할 수 없다. 따라서 채널 정보를 이용하는 TRB 빔형성기법이나 MRC 기법, 간섭제거 기법을 사용할 수 없다. 그러나 하향링크와 상향링크의 입사각은 채널 변화에 비해 거의 변화가 없기 때문에 입사각정보를 이용 하는 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기법으로 SRB 빔형성기법이 적합하다. 이러한 이유로 FDD방식의 경우에는 다이버시티 안테나는 사용하지 않고 빔형성 안테나만을 사용하게 되며, 도 8에 이를 구별하기 위하여 사용되지 않은 안테나는 점선으로 표시하였다. 또한 소프트 핸드오버를 하기 때문에 하드 핸드오버의 경우와 달리 인접 기지국에서 수신된 신호가 간섭신호로 작용하지 않는다. 따라서 목표 기지국의 신호와 인접 기지국의 신호의 Cell ID를 추정할 필요가 없으며, 수신되는 신호들의 입사각 만을 추정하여 빔형성을 함으로써 인접 기지국의 신호를 결합하여 성능을 높일 수 있다.

도 9는 다이버시티 안테나의 RF단(200) 구조도를 나타낸다.

도 9에서 나타낸 바와 같이, 다이버시티 안테나는 셀룰러시스템, PCS, 와이브로, DMB, GPS 시스템에서 모두 동작해야 한다.

따라서 멀티플렉서(multiplexer)(213)를 통해 각 시스템의 주파수로 각각 분리된 후, 셀룰러와 PCS 는 FDD방식을 사용하므로 상향링크 신호와 하향링크 신호를 구분해야 한다. 따라서 듀플렉서(200,221)를 통해 상향링크와 하향링크 신호로 각각 구분한다. 하향링크 신호의 경우 증폭기(230)를 거친 후 발진기를 통해 기저대역 신호로 변환되고, 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해보다 정밀한 신호로 구분된다.

와이브로는 TDD방식이므로 상향링크와 하향링크의 반송파 주파수가 같기 때문에 주파수 구분은 필요없지만 상향링크와 하향링크 신호를 시간적으로 구분해야 한다. 따라서 와이브로는 신호처리기(400)의 동기 검출부(410)를 통해 스위칭 신호 를 받아 상향링크와 하향링크 신호를 구분한다. 그리고 증폭기(230)를 거친 후 발진기를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 구분된다.

DMB는 방송 시스템이므로 하향링크 신호만 존재한다. 따라서 멀티플렉서로부터 DMB신호가 구분된 후 증폭기(230)를 거친 후 발진기를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해보다 정밀한 신호로 변환된다.

GPS의 경우도 DMB와 마찬가지로 하향링크 신호만 있으므로 멀티플렉서로부터 GPS신호를 구분한 후 증폭기(230)를 거쳐 발진기를 통해 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역 신호로 변환된 신호는 필터(260)를 통해 보다 정밀한 신호로 변환된다.

도 5와 도 9의 RF단에서 내부 송신 안테나(1000)를 통해 차량 내부로 송신할 경우에 송신 신호가 외부 수신 안테나(100,110)를 통해 간섭 신호로 작용할 수 있다. 이러한 현상을 링잉(ringing)현상이라고 하는데, 이는 내부 안테나(1000)와 외부 안테나(100,110)에서 같은 주파수를 사용하는 경우에 발생한다. 이동/고정 릴레이에서 이러한 링잉현상은 차량 뚜껑에 의해서 내부 안테나(1000)와 외부 안테나(100,110)를 아이솔레이션(isolation) 시켜서 링잉현상을 크게 감소시킬 수 있다. 또한 리잉현상을 더욱 감소키기 위하여 차량 유리에 코팅처리를 하여 전파를 차단할 수 있다.

또 다른 방법으로는 최근 중계기(repeater)에서 사용되는 기술로 ICS(Interference Cancellation System)를 사용하는 방법이 있다. ICS는 출력으로 나가는 신호의 위상과 크기를 추적하여 위상은 반대로 하고 크기는 입사되는 신호와 동일한 크기의 신호를 발생하여 feedback 신호를 상쇄시켜주는 기법이다. 위에서 기술한 방법 외에도 내부 안테나(1000)를 방향성 안테나를 사용해서 내부 안테나를 통한 신호가 외부 안테나(100,110)로 수신되지 않게 하는 방법도 있다.

도 10은 DMB,GPS 시스템의 신호처리기(400)를 나타낸다.

도 10에서 나타낸 바와 같이, DMB 시스템은 상향링크는 존재하지 않고, 하향링크만 존재한다. DMB 시스템의 경우 신호 처리부(400)에서 복조와 변조를 하여 다시 전송하는 방법과 수신 신호를 증폭만 해서 다시 전송하는 방법이 있다.

첫 번째 방법의 경우 신호 처리부를 살펴보면, 다이버시티 안테나(110)를 통해 수신된 신호는 RF(200)단을 통해 기저대역 신호로 변환된 후 신호처리기(400)의 동기부(410)에서 신호의 동기를 맞추고 채널 추정부(420)에서 수신된 신호의 채널을 추정한 후 MRC 기법이나 EGC 기법을 사용하여 신호를 검출한다. MRC 기법 또는 EGC(Equal Gain Control) 기법은 릴레이 시스템의 하드웨어 복잡도와 시스템의 성능을 고려해서 선택한다. 시스템의 성능을 높이기 위해서는 채널추정이 요구되는 MRC 기법을 사용하고, 하드웨어를 줄이기 위해서는 EGC 기법을 사용한다. 추정된 신호는 복조기(500)를 거친 후 변조기(600)를 통해 RF단(900)으로 입력되며 다시 통과대역 신호로 변환된 후 내부 안테나(1000)를 통해 차량이나 집, 빌딩 등의 내부에 송신된다.

두 번째 방법의 경우에는, 기존의 DMB 시스템에서 사용하는 갭필 러(gapfiller)처럼 RF단을 통해 IF(Intermediate Frequency)단으로 변환한 뒤에 복조를 하지 않고 증폭만 해서 RF 신호를 승용차 내부 또는 건물 내부의 단말에게 보내 단말에서 신호를 복조한다. 이 방법의 경우 릴레이에서 신호 처리부를 통해 MRC 복조를 하고 다시 변조를 하는 방법에 비해 성능은 저하되나, 장치가 간단해지는 장점이 있다.

이상에서는 이동/무선 통신시스템의 성능을 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이를 사용하여 향상시키기 위하여 채널 상황, 전송방식, 이중화방식, 릴레이의 위치, 이동성 등을 고려한 전체적인 송수신 기법 및 장치에 대하여 기술하였으며, 아래에는 그 세부 블록인 채널 상관 측정기, 채널 랭크 측정기, 신호대 간섭비 측정기, 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성기에 대하여 자세히 설명한다.

먼저, 채널 상관 측정기(421)는 수신 신호를 이용하여 측정하는 방법과 채널 추정값을 이용하여 측정하는 방법이 있다. 다음의 수학식 1은 수신 신호를 이용하여 측정하는 방법을 나타낸다.

여기서 y_i는 i번째 안테나에 수신된 수신 신호를 나타낸다. 그리고 E[]은 평균을 나타낸다.

다음의 수학식 2는 추정된 채널을 이용하여 측정하는 방법을 나타낸다.

여기서 H_i는 i번째 안테나를 통해 들어온 채널을 나타낸다. 위의 채널 상관 측정 방법 중 첫 번째 방법은 채널 상관 측정시 간섭 신호의 영향으로 채널 상관 측정의 성능이 열화될 수 있다. 그러나 하지만 두 번째 방법은 각 기지국으로부터의 채널을 추정하여 채널 상관 측정을 하므로 목표 기지국의 채널에 대한 상관 값만을 얻을 수 있다.

채널 랭크 측정기(425)은 채널 매트릭스의 고유치를 구하여 0이 아닌 고유치의 개수가 랭크 값이 된다. 고유치는 다음과 같은 수학식 3으로 구할 수 있다.

여기서 R은 H_nm의 자기 상관행렬을 나타내는데, m≥n인 경우에는 (m*m)인 정방 행렬이고, m<n인 경우에는 (n*n)인 정방행렬이다. 그리고,

는 고유치, 그리고, I는 m≥n인 경우에는 (m*m)인 단위 행렬이고, m<n인 경우에는 (n*n)인 단위 행렬이다. 행렬식 값이 0이 되게 하는 고유치를 구하여 0이 아닌 고유치의 개수를 구하게 되면 랭크 값을 구할 수 있다.

신호대 간섭비 측정기(422)는 목표 신호와 간섭 신호의 비를 측정한다. 릴레 이가 기지국에 가까이 존재한 경우에 측정된 신호대 간섭비 값이 기준값보다 크게 된다. 이 때는 목표 신호에 대한 간섭 신호의 영향이 작기 때문에 간섭이 없는 경우 가장 우수한 성능을 보이는 MRC 기법을 적용한다.

그러나 릴레이가 기지국에서 멀리 떨어져 셀 경계지역에 존재할 경우에는 측정된 신호대 간섭비 값이 기준값보다 작게 된다. 이 경우에는 인접 셀로부터의 간섭 신호의 영향이 크기 때문에 빔형성 안테나를 사용한 빔형성 기법이나 다이버시티 안테나를 사용한 간섭제거 기법을 적용하여 간섭을 제거한다. 다음의 수학식 4는 신호대 간섭비 추정식을 나타낸다.

여기서 y는 수신 신호, P_T는 목표 신호의 프리앰블, P_k는 k번째 간섭 신호의 프리앰블, N_Spacing은 프리앰블 신호의 주파수간 간격, N_Int1는 간섭 신호의 수, N_p는 프리앰블 부반송파 수, N_offset은 프리앰블의 부반송파 옵셋을 나타낸다. 그리고 S_T는 목표신호의 세그먼트, S_k는 k번째 간섭 신호의 세그먼트를 나타낸다.

도 11은 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성기에 사용될 수 있는 첫 번째 방법을 보여 준다. 이 방법은 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이에서 셀 탐색과 입사각 추정을 위한 방법으로 이동/고정 릴레이에서 입사각 추정을 동기과정과 셀 탐색이 끝난 후에 하는 방법이다. 이 방법에서는 릴레이에서 초기 동기를 맞추고 목표 기지국에 대한 셀 탐색을 통해 Cell ID를 추정한다. 이러한 동기과정과 셀 탐색 과정이 모두 끝난 후에 입사각 추정을 하고 해당하는 입사각에 대해 SRB 빔형성을 하여 Cell ID와 입사각을 일치시키는 방법으로 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

도 12는 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성기에 사용될 수 있는 두 번째 방법으로 이동/고정 릴레이에서 동기과정 이전에 미리 입사각을 추정하고 추정된 입사각에 대해 가장 큰 전력을 갖는 방향으로 빔을 형성한다. 빔형성된 신호에 대해 초기 동기과정과 셀 탐색을 하는 방법으로 입사각 추정을 위한 시간 및 셀 탐색 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

도 13은 하드 핸드오버용 이동릴레이 빔형성기에 사용될 수 있는 세 번째 방법으로 이동/고정 릴레이에서 초기 동기를 맞추고 Cell ID 추정과 목표 기지국의 입사각을 동시에 추정하는 방법이다. 이 방법에서는 Cell ID와 목표 기지국의 입사각을 동시에 추정한 후에 목표 기지국에 대해 SRB 빔형성을 한다. 이 방법은 셀 탐색과 동시에 셀 탐색에서 사용하는 수신 신호와 프리앰블 신호의 상관 값을 이용하여 바로 입사각을 추정하므로 앞의 두 방법에 비해 시간이 단축된다.

일실시 예로서 와이브로와 같은 OFDMA 셀룰러 시스템의 셀 탐색과정에서는 안테나를 통해 수신된 수신 신호와 단말에서 이미 알고 있는 다수의 기준 신호를 이용하여 상호 상관을 구해서 가장 큰 값을 갖는 기준 신호의 Cell ID를 목표 기지 국의 Cell ID로 추정한다.

다음 수학식 5는 셀 탐색에서 사용하는 상관식을 나타낸다.

여기에서 C는 목표 Cell ID를 나타내고, y^I _n은 I번째 안테나로 수신된 n번째 부반송파를 나타낸다. 또한 X^c _n는 Cell ID C의 프리앰블 신호의 n번째 신호를 나타낸다.

본 실시예에서 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하기 위하여 제안하는 방법은 세 가지가 있다.

도 14는 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하기 첫 번째 방법으로, 수신 신호와 모든 프리앰블 신호의 상호상관 행렬을 이용하여 입사각을 추정하는 방법이다. 이 방법은 우선 프리앰블과 수신 신호의 상호상관행렬을 구한 후 그 상호상관 행렬의 자기상관행렬을 구하여 Cell ID와 입사각을 추정한다. 다음의 수학식 6과 수학식 7, 수학식 8은 각각 지연합 입사각 추정 방법과 MVDR(Minimum Variance Distortionless Response) 입사각 추정 방법, MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 입사각 추정 방법을 확장하여 Cell ID와 입사각을 동시에 추정한다.

여기서 R_c는 프리앰블과 수신 신호와의 상호상관행렬의 자기상관벡터를 나타내고, a(u)는 입사각 u에 대한 조정벡터를 나타낸다. 또한 (V_c)_n은 잡음 부공간 벡터를 나타낸다. 위 식의 값이 최대가 될 때의 C값이 Cell ID(C)가 되고, u값이 입사각이 된다. 이중 복잡도가 가장 높은 방법은 수학 식 8의 방법이나, 이 방법은 다른 방법에 비해 분해능이 높기 때문에 복잡도와 성능간의 트레이드 오프(trade-off)가 있다.

도 15는 셀 탐색과 입사각 추정을 동시에 하기 위한 두 번째 방법으로, 수신 신호로부터 몇 개의 후보 입사각을 추정한 뒤에 후보 입사각에 대해서만 Cell ID와 입사각을 추정하는 방법이다. 이 방법은 두 단계로 구성되어 있으며, 첫 번째 단계에서는 수신 신호에 대해 입사각 추정방법을 이용하여 몇 개의 후보 입사각을 추정한다. 그리고 두 번째 단계에서 프리앰블과 수신 신호의 상호상관행렬을 구한 후 그 상호상관 행렬의 자기상관벡터를 이용하여 Cell ID와 입사각을 추정한다. 입사각 추정은 첫 번째 단계에서 구한 후보 입사각에 대해서만 탐색을 한다. 첫 번째 단계의 수식은 다음과 같다.

식 9와 식 10, 식 11은 각각 지연합 입사각 추정 방법, MVDR 입사각 추정 방법, MUSIC 입사각 추정 방법을 나타낸다. 이때 R은 수신 신호에 대한 자기 상관 행렬을 나타낸다. 위의 식에서 추정된 후보 입사각은 두 번째 단계에서 이용된다. 두 번째 단계는 수신 신호와 프리앰블 신호의 상호상관 함수와 첫 번째 단계의 후보 입사각을 이용하여 다음과 같이 Cell ID와 입사각을 추정하게 된다. 여기서, Vn은 프리앰블과 수신신호와의 상호 상관 행렬의 자기상관 행렬의 잡음 부공간을 나타낸다.

여기서 u_m은 첫 번째 단계에서 추정된 후보 입사각을 의미하고, M은 후보 입사각의 개수를 나타낸다.

도 16은 세 번째 방법으로, 프리앰블과 수신 신호의 상호상관 행렬을 이용하여 기지국으로부터 이동/고정 릴레이로 수신되는 신호의 입사각을 추정한다. 이 때입사각 추정 기법으로 Direct Searching, Peak Searching, Joint Peak Searching 기법이 있다.

다음 수학식 13는 Direct Searching기법의 경우를 나타낸다.

여기서 P^I _c은 I번째 안테나에서 수신 신호와 Cell ID C의 프리앰블 신호의 상호 상관값을 나타낸다. 또한 d는 안테나간 거리를 나타내고, λ는 파장을 나타낸다. 이 기법은 Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는 기법이다.

다음 수학식 14은 Peak Searching기법의 경우를 나타낸다.

여기서 P_c는 Cell ID C의 프리앰블 신호와 수신 신호의 상호 상관벡터이고, a(u)는 조정벡터를 나타낸다. 이 기법도 Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 u값을 찾는 기법이다.

다음 수학식 15은 Joint Peak Searching기법의 경우를 나타낸다.

Joint Peak Searching기법은 먼저 Cell ID c를 찾은 후에 입사각 u를 찾는 것이 아니라, 가능한 Cell ID에 대해 수신 신호와 상호 상관을 구한 후 조정 벡터와의 곱이 최대가 되는 Cell ID와 입사각을 찾는 기법이다.

위의 셀 탐색과 입사각을 동시에 추정하는 기법 세 가지 중 마지막 첫 번째 기법이 다른 두 기법에 비해 추정 시간과 복잡도가 가장 적다.

이하는 도 6, 도 7 및 도 8에서 사용되는 빔형성 기법으로 기존의 SRB 빔형성 기법과 TRB 빔형성 기법을 요약하여 기술한다.

SRB 빔형성 기법은 신호가 가지고 있는 입사각 정보를 기반으로 빔형성을 하는 기법으로 지연합 빔형성, 널 조정 빔형성, MVDR 빔형성 기법 등이 있다. 지연합 빔형성 기법은 각 안테나 별로 동일한 크기의 가중치를 갖고, 위상은 원하는 방향으로 맞추기 위해 선택된다. 이러한 지연합 빔형성 기법은 오직 하나의 신호만이 존재할 때 잘 동작한다. 그러나 하나 이상의 간섭 신호가 추가로 입사하게 되면 성능이 크게 열화된다.

널 조정 빔형성 기법은 원하는 방향의 입사각과 간섭 신호의 입사각을 모두 알고 있을 때 사용할 수 있다. 널 조정 빔형성기법은 간섭 신호의 방향을 알고 있는 경우 효과적으로 간섭 신호를 제거할 수가 있으므로 강한 재밍(jamming) 신호를 제거하는데 적합하다. MVDR 빔형성 기법은 원하는 신호의 입사각을 알고 있을 때 그 방향으로 빔을 형성하고 상관이 없는 간섭 신호들은 제거시키는 기법이다. 원하는 방향으로는 이득을 유지시키고 원하지 않는 간섭 신호의 출력 전력을 최소화시킴으로써 간섭의 영향을 최소화 시킨다.

SRB 빔형성 기법은 목표 신호의 입사각을 알아야 빔형성을 할 수 있기 때문에 간섭 신호의 입사각을 추가로 알아야 한다. 입사각 추정 기법에는 지연합, MVDR, MUSIC, ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) 등이 있다. 지연합 기법은 가장 간단한 입사각 추정 기법 중의 하나로 입사각 추정은 각도 영역에서 서로 다른 불연속적 에 대해 출력 전력을 측정함으로써 각도를 추정한다. MVDR 기법을 통한 입사각 추정은 지연합 기법에 의한 추정보다 좋은 성능을 보인다. 그러나 상관특성이 있는 환경에서는 공간적으로 간 섭 신호를 최소화시키지 못하므로 입사각 추정에 실패하게 된다. MUSIC 기법은 입력신호의 자기상관 행렬의 고유구조를 이용하여 매우 높은 성능을 발휘하는 기법이나 매우 정밀하고 정확한 배열 교정이 필요하다. ESPRIT 기법은 어레이가 변위 불변성을 가지고 안테나들이 동일한 거리에 그룹으로 존재하는 가정에서 안테나 어레이의 직선 변위 불변성으로 야기된 신호 부공간의 회전 변위 불변성을 이용한 것으로 고유치로부터 직접 입사각을 판별하므로 전 각도에 대한 탐색과정이 필요없고 상대적으로 정밀한 배열 교정을 필요로 하지 않는다.

TRB 빔형성 기법은 훈련신호를 기반으로 빔형성을 하는 기법으로 LMS(Least Mean Square), RLS(Recursive Least Square), SMI(Sample Matrix Inversion) 빔형성 알고리즘이 있다. 이 중 SMI 빔형성 기법은 간단히 자기상관 행렬의 역행렬을 구하여 최적 계수를 구하는 기법으로 안테나에 입사된 신호의 샘플을 기반으로 자기상관 행렬과 상호상관 행렬을 직접 계산하게 된다. 여기서 샘플의 길이는 최소 안테나수의 2배 이상이 되어야 한다. SMI 빔형성 방법의 수렴 속도는 LMS 보다 빠르며, 고유치 확산과 수신전력, 다른 파라미터에 무관하다. 하지만 역행렬을 구하기 위한 계산량이 많다는 단점이 있다.

이하는 간섭제거 기법을 요약하여 기술한다.

간섭제거 기법은 수신 신호에서 특정신호만을 검출하고 다른 신호들은 간섭 신호로 간주하여 제거시킴으로써 다른 신호의 영향을 최소화 하는 기법이다. 간섭제거 기법은 ZF Nulling 방식, MMSE Nulling 방식, ML 방식 등이 있다. ZF Nulling 방식은 채널 벡터의 역행렬을 가중치 벡터로 하여 간섭 신호를 제거하는 방식이다. ZF Nulling 방식은 잡음에 대한 고려가 없어서 잡음이 증폭되어 성능이 저하되는 단점이 있다. MMSE Nulling 방식은 ZF Nulling 방식과 유사하지만 MSE를 최소화시키므로 잡음이 증폭되어 성능이 저하되는 현상이 발생하지 않아 ZF Nulling 방식에 비해 향상된 성능을 갖는다. ML 방식은 송신 가능한 심볼들을 모두 조사해서 최소 자승 유크리디안 거리(squared Euclidean distance)를 가지는 입력을 선택함으로써 가장 우수한 성능을 보이나 송신 안테나 수와 변조 차수에 따라 계산량이 지수함수적으로 증가하게 된다.

이하는 본 실시예의 일실시 예로써 몇 가지 주요 상황에서의 결과를 보여준다.

도 17은 이상적인 상황으로 스페큘러 채널에서의 빔형성 이득과 스캐터링 채널에서의 다이버시티 이득을 나타낸다. 이 그림에서 알 수 있듯이 빔형성 이득은 빔형성 안테나 8개를 사용하는 것을 가정하였을 때 단일 안테나를 사용한 경우에 비해 약 9dB의 성능 향상이 있는 것을 볼 수 있다. 그리고 다이버시티 안테나 4개만을 사용한 경우와 다이버시티 안테나와 빔형성 안테나를 모두 사용하였을 때의 다이버시티 이득을 보면, BER(Bit Error Rate) 에서 단일 안테나를 사용한 경우에 비해 약 19dB와 26dB의 성능 향상이 있는 것을 알 수 있다.

도 18은 안테나간 간격은 반파장, 목표 신호의 수직 입사각(A)은 90°, 수평 입사각(u)은 200° 인 경우 원형 배열 안테나를 사용하여 SRB기반의 Null-Steering 방식으로 빔형성하였을 경우의 빔형성 패턴을 나타낸 것이다. 이 그림으로부터 목표 신호의 수직 및 수평 입사각에 대해 정확하게 빔이 형성되었음을 알 수 있다.

도 19는 MVDR 방식을 사용하여 목표 신호의 입사각을 추정한 결과를 보여준다. 이 그림은 안테나간 간격은 반파장, 목표 신호의 수직 입사각(A)은 90°, 수평 입사각(u)은 180° 인 경우 원형 배열 안테나에 수신된 경우의 결과이다. 이 그림에서 알 수 있듯이 목표 신호의 수직 및 수평 입사각에 대해 정확하게 입사각을 추정함을 알 수 있다.

도 20은 Pedestrian B 모델의 스페큘러 채널에서 빔형성 안테나를 사용하여 LMS 알고리듬을 사용한 TRB 빔형성을 한 경우의 BER 성능을 나타낸다. 약 9dB의 빔형성 이득을 얻음을 알 수 있다.

도 21은 Pedestrian B 모델의 스페큘러 채널에서 빔형성 안테나를 사용하여 SRB 기반의 Null-Steering 빔형성을 한 경우의 BER 성능을 나타낸다. 약 9dB의 빔형성 이득을 얻음을 알 수 있다.

도 23은 Pedestrian A 모델의 스캐터링 채널에서 다이버시티 안테나를 사용하여 MRC 기법을 적용한 경우의 BER 성능을 나타낸다. 이 그림에서 셀 반경은 1Km로 가정하였으며, 릴레이가 셀 중심으로부터 0.2Km ~ 1.0Km에 떨어져 존재할 경우 성능을 도시하였다. 릴레이가 셀 안쪽(0.2Km)에 있는 경우 간섭 신호의 영향이 작기 때문에 충분한 다이버시티 이득을 얻음을 볼 수 있다. 그러나 릴레이가 셀 경계(1.0Km)쪽으로 이동함에 따라 인접 셀로부터의 간섭 신호의 영향이 크게 되어 성능이 크게 저하됨을 볼 수 있다.

도 24는 도 22와 동일한 환경에서 다이버시티 안테나를 사용하여 간섭제거 기법을 적용한 경우의 BER 성능을 보여준다. 도 22와의 비교를 통하여 릴레이가 셀 경계에 있는 경우에 간섭제거 기법은 큰 성능 열화가 없음을 알 수 있다. 이는 간섭제거 기법이 셀간 간섭을 효율적으로 제거하기 때문이다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 단일 안테나를 사용하는 종래의 무선 통신 단말기에 비해 제안된 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 기법 및 장치를 이용하는 경우에 빔형성 이득 또는 다이버시티 이득을 얻기 때문에 큰 성능 향상을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 공간상의 제약 때문에 단일 안테나 또는 최소의 다중 안테나를 사용하는 기존의 무선 통신 단말기는 셀간 간섭과 페이딩 등에 의해 제한된 성능을 얻게되지만, 제안하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 기법 및 장치를 이용하면 셀간 간섭 제거와 빔형성 이득 또는 다이버시티 이득을 얻어 종래의 방식에 비하여 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 셀룰러 시스템, PCS, 와이브로, DMB, GPS 등의 무선 통신 서비스에서 반송파 주파수, 이중화 방식, 핸드오버 방식, 이동/고정 릴레이의 위치, 채널 환경, 이동성 등을 고려하여 그 상황에 최적인 안테나 구조와 이동/고정 릴레이의 송수신 기법을 사용함으로써 신호의 신뢰도와 품질(음질, 화질)을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims

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TDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 외부 수신 안테나;

상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각각의 이동 통신 시스템 신호 로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단;

상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;

상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 동기 장치부;

상기 동기과정을 거친 신호로부터 목표 기지국을 찾는 셀 탐색기;

상기 셀 탐색과정을 거친 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기;

상기 채널 추정기를 거친 신호로부터 빔형성 안테나간의 채널 상관을 측정하는 채널 상관 측정기;

상기 채널 추정기를 거친 신호로부터 상기 빔 형성 안테나 간의 채널 랭크를 측정하는 채널 랭크 측정기;

상기 채널 추정기를 거친 신호로부터 상기 목표 기지국과 간섭 기지국의 신호비를 측정하는 신호대 간섭비 측정기;

상기 채널 상관값과 채널 랭크값으로부터 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기를 사용할지 선택하는 채널 상관 선택기;

상기 신호대 간섭비 측정값과 채널 상관값과 채널 랭크값으로부터 MRC와 간섭 제거기를 사용할지 선택하는 신호대 간섭비 선택기;

상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 큰 경우이거나 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 작은 경우에 사용하는 상기 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기;

상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 큰 경우에 사용하는 상기 MRC;

상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 작은 경우에 사용하는 상기 간섭 제거기;

상기 검출된 신호로부터 복조를 하는 복조기;

상기 복조된 신호를 변조하는 변조기;

상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및

변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 내부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
TDD 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 상향링크 신호에 대해, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 내부 수신 안테나;

상기 내부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각 통신 시스템 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단;

상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;

상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 채널 등화를 하는 등화기;

상기 등화과정을 거친 신호로부터 복조를 하는 복조기;

상기 복조된 신호로부터 변조를 하는 변조기;

상기 변조된 신호로부터 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기와 MRT, 간섭 제거기를 사용할지 선택하는 선택기;

상기 선택기에 의해 하향링크에서 상기 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기를 선택하였을 경우 상향링크에 사용하는 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기;

상기 선택기에 의해 하향링크에서 상기 MRT를 선택하였을 경우 상향링크에 사용하는 MRT;

상기 선택기에 의해 하향링크에서 상기 간섭 제거기를 선택하였을 경우 상향링크에 사용하는 간섭 제거기;

상기 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기, MRT, 간섭 제거기를 통해 프리코딩(precoding)된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기;

상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환하는 RF단; 및

상기 통과대역 신호로 변환된 신호를 기지국으로 송신하는 외부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나 를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 외부 수신 안테나;

상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단;

상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;

상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 동기 장치부;

상기 동기과정을 거친 신호로부터 목표 기지국을 찾는 셀 탐색기;

상기 셀 탐색과정을 거친 신호로부터 소프트 핸드오버 빔형성을 하는 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기;

상기 빔형성된 신호로부터 채널추정을 하는 채널 추정부;

상기 빔형성된 신호를 추정된 신호로 등화시켜 주는 등화기;

상기 등화기를 통해 검출된 신호로부터 복조를 하는 복조기;

상기 복조된 신호를 변조하는 변조기;

상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및

변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 내부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 상향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 내부 수신 안테나;

상기 내부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단;

상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;

상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 채널 등화를 하는 등화기;

상기 등화과정을 거친 신호로부터 복조를 하는 복조기;

상기 복조된 신호로부터 변조를 하는 변조기;

상기 변조된 신호로부터 프리코딩하는 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기;

상기 소프트 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기를 통해 프리코딩된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기;

상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환하는 RF단; 및

상기 통과대역 신호로 변환된 신호를 기지국으로 송신하는 외부 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
방송 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 포함하고, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 외부 수신 안테나;

상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각 무선통신 신호로 구분하고 기저대역 신호로 변환시키는 RF단;

상기 기저대역으로 변환된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;

상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 동기 장치부;

상기 동기과정을 거친 신호로부터 채널 추정을 하는 채널 추정기;

상기 채널 추정과정후 신호를 검출하는 MRC나 EGC;

상기 검출된 신호로부터 복조를 하는 복조기;

상기 복조된 신호를 변조하는 변조기;

상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 및

변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 내부 안테나를 포함하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항 내지 제11항 중 한 항에 있어서,

빔형성기를 선택할 경우 상기 빔 형성 안테나인 원형 배열 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항 또는 제12항에 있어서,

MRC는 다이버시티 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제9항에 있어서,

MRT는 다이버시티 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,

간섭 제거기는 다이버시티 안테나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항에 있어서,

상기 채널 상관 측정기는 원형 배열 안테나로부터 수신된 신호를 하기 수학식을 이용하여 추정하고,

여기서 y_n는 n번째 안테나에 수신된 수신 신호, y_m는 m번째 안테나에 수신된 수신 신호, 그리고 E[]은 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항에 있어서,

채널값을 이용하는 상기 채널 상관 측정기는 원형 배열 안테나를 사용하며, 아래 식을 사용하여 안테나간 채널 상관을 추정하고,

여기서 H_n는 n번째 안테나를 통해 들어온 채널, H_m는 m번째 안테나를 통해 들어온 채널, 그리고 E[]은 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항에 있어서,

채널값을 이용하는 상기 채널 랭크 측정기는 원형 배열 안테나를 사용하며, 아래 식을 사용하여 안테나간 채널 랭크를 측정하고,

여기서 R은 H_nm의 자기 상관행렬을 나타내고, m≥n인 경우에는 (m*m)인 정방 행렬이고, m<n인 경우에는 (n*n)인 정방행렬이며,
는 고유치, 그리고, I는 m≥n인 경우에는 (m*m)인 단위 행렬이고, m<n인 경우에는 (n*n)인 단위 행렬인 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항에 있어서,

상기 신호대 간섭비 측정기는,

여기서 y는 수신 신호, P_T는 목표 신호의 프리앰블, P_k는 k번째 간섭 신호의 프리앰블, N_Spacing은 프리앰블 신호의 주파수간 간격, N_Int1는 간섭 신호의 수, N_p는 프리앰블 부반송파 수, N_offset은 프리앰블의 부반송파 옵셋을 나타내고, S_T는 목표신호의 세그먼트, S_k는 k번째 간섭 신호의 세그먼트를 나타내며,

상기 식을 사용하여 목표 기지국의 신호와 간섭으로 작용하는 인접 기지국의 신호의 비를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제8항 또는 제10항에 있어서, 셀 탐색기는,

여기서 R_c는 프리앰블과 수신 신호와의 상호상관행렬의 자기상관벡터를 나타내고, a(θ)는 입사각 u에 대한 조정벡터를 나타내고, (V_c)_n은 잡음 부공간 벡터를 나타내고, 상기 각 식의 값이 최대가 될 때의 C값이 Cell ID(C)가 되고, θ값이 입사각이 되며,

상기 식을 이용하여 입사각과 셀 탐색을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제21항에 있어서, 수신 신호로부터 몇 개의 후보 입사각을 추정한 뒤에 후보 입사각에 대해서만 Cell ID와 입사각을 추정하되,

첫 번째 단계에서 후보 입사각을 추정하며,

R은 수신 신호에 대한 자기 상관 행렬을 나타내고, a(θ)는 입사각 θ에 대한 조정벡터를 나타내며, 각 식에서 M(M은 자연수)개의 θ값이 후보 입사각이 되며, 이 후보 입사각을 사용하여

두번째 단계에서 Cell ID와 입사각을 추정하며,

여기서 θ_m은 첫 번째 단계에서 추정된 후보 입사각을 의미하고, M은 후보 입사각의 개수를 나타내고, Vn은 프리앰블과 수신신호와의 상호 상관 행렬의 자기상관 행렬의 잡음 부공간을 나타내며, 상기 식을 사용하여 셀 탐색과 입사각을 동시에 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제21항에 있어서, 프리앰블과 수신 신호의 상호상관 행렬을 이용하여 Cell ID와 입사각을 추정하는 셀 탐색 및 입사각 동시 추정하는 기법으로 Direct Searching, Peak Searching, Joint Peak Searching을 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제23항에 있어서, Direct Searching기법의 추정기는,

여기서 P^I _c은 I번째 안테나에서 수신 신호와 Cell ID C의 프리앰블 신호의 상호 상관값을 나타내고, d는 안테나간 거리를 나타내고, λ는 파장을 나타내고, Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제23항에 있어서, Peak Searching기법의 추정기는,

여기서 P_c는 Cell ID C의 프리앰블 신호와 수신 신호의 상호 상관벡터이고, a(θ)는 조정벡터를 나타내고, Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
제23항에 있어서, Joint Peak Searching기법의 추정기는,

여기서, P_c는 Cell ID의 프리앰플 신호와 수신 신호의 상관 백터이고, a(θ)는 조정 벡터를 나타내며, 가능한 Cell ID에 대해 수신 신호와 상호 상관을 구한 후 조정 벡터와의 곱이 최대가 되는 Cell ID와 입사각을 찾는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 장치.
TDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계;

상기 수신된 신호를 각각의 이동 통신 시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키고, 동기를 추정 보상하는 단계;

상기 기저대역 신호를 이용하여 목표 기지국을 착기 위한 셀 탐색을 수행하 는 단계;

셀 탐색 후 채널을 추정하는 단계;

채널이 추정된 신호로부터 빔 형성 안테나간의 채널 상관을 측정하고, 상기 빔 형성 안테나 간의 채널 랭크를 측정하고, 상기 목표 기지국과 간섭 기지국의 신호비를 측정하는 단계;

상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 큰 경우이거나 채널 랭크값이 기준 채널 랭크치보다 작은 경우에 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기를 사용하고, 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 큰 경우에 MRC를 사용하고, 상기 채널 상관값이 기준 채널 상관값보다 작거나 채널 랭크 값이 기준 채널 랭크치보다 큰 경우와, 신호대 간섭비 측정값이 기준 신호대 간섭비값보다 작은 경우에 간섭 제거를 기사용하여 신호를 검출하는 단계;

상기 검출된 신호를 복조 및 변조하는 단계;

변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및

상기 변화된 변환된 신호를 내부의 단말기에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
TDD 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여 상향링크 신호에 대해, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계;

상기 수신된 신호를 각 통신 시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키는 단계;

상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 채널 등화를 하는 단계;

상기 등화과정을 거친 신호를 복조 및 변조하는 단계;

상기 변조된 신호로부터 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기와 MRT, 간섭 제거기를 사용할지 선택하고, 선택된 상기 하드 핸드오버용 이동/고정 릴레이 빔형성기, MRT 및 간섭 제거기 중 어느 하나를 통해 변조된 신호를 코딩하는 단계;

상기 코딩된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및

상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환시켜 기지국으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여 하향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계;

상기 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키고 동기를 추정하고 보상하는 단계;

상기 동기과정을 거친 신호로부터 목표 기지국을 찾기 위한 셀 탐색을 실시 하는 단계;

상기 셀 탐색과정을 거친 신호로부터 소프트 핸드오버 빔형성을 하는 단계;

상기 빔형성된 신호로부터 채널추정을 하고, 추정된 신호를 등화시키는 단계;

상기 등화된 신호를 복조 및 변조하는 단계; 및

상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 내부의 단말기에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
FDD 통신시스템에서 이동통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여, 상향링크 신호에 대해, 각 이동 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계;

상기 수신된 신호를 각각의 이동통신시스템 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키는 단계;

상기 디지털 신호로 변환된 신호를 채널 등화시키고, 복조 및 변조 시키는 단계;

상기 변조된 신호를 프리코딩하는 단계;

상기 프리코딩된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계;

상기 아날로그 신호로 변환된 신호에 대해 통과대역 신호로 변환하는 단계; 및

상기 통과대역 신호로 변환된 신호를 기지국으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
방송 통신시스템에서 무선통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법에 있어서,

빔 형성 안테나와 다이버시티 안테나를 이용하여, 각 무선 통신 시스템의 신호를 수신하는 단계;

상기 외부 수신 안테나로부터 수신된 신호를 각 무선통신 신호로 구분하고 디지털 형태의 기저대역 신호로 변환시키는 단계;

상기 디지털 신호로 변환된 신호로부터 동기를 추정하고 보상하는 단계;

상기 동기과정을 거친 신호로부터 채널 추정을 하는 단계;

상기 채널 추정과정후 신호를 검출하는 단계;

상기 검출된 신호로부터 복조 및 변조하는 단계; 및

상기 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 내부의 단말기에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항에 있어서,

상기 채널 상관의 측정은 원형 배열 안테나로부터 수신된 신호를 하기 수학 식을 이용하여 추정하고,

여기서 y_n는 n번째 안테나에 수신된 수신 신호, y_m는 m번째 안테나에 수신된 수신 신호, 그리고 E[]은 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항에 있어서,

채널 값을 이용한 상기 채널 상관 측정은 원형 배열 안테나를 사용하며, 아래 식을 사용하여 안테나간 채널 상관을 추정하고,

여기서 H_n는 n번째 안테나를 통해 들어온 채널, H_m는 m번째 안테나를 통해 들어온 채널, 그리고 E[]은 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항에 있어서,

채널값을 이용하는 상기 채널 랭크 측정은 원형 배열 안테나를 사용하며, 아래 식을 사용하여 안테나간 채널 랭크를 측정하고,

여기서 R은 H_nm의 자기 상관행렬을 나타내고, m≥n인 경우에는 (m*m)인 정방 행렬이고, m<n인 경우에는 (n*n)인 정방행렬이며,
는 고유치, 그리고, I는 m≥n인 경우에는 (m*m)인 단위 행렬이고, m<n인 경우에는 (n*n)인 단위 행렬인 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항에 있어서,

상기 신호대 간섭비 측정은,

여기서 y는 수신 신호, P_T는 목표 신호의 프리앰블, P_k는 k번째 간섭 신호의 프리앰블, N_Spacing은 프리앰블 신호의 주파수간 간격, N_Int1는 간섭 신호의 수, N_p는 프리앰블 부반송파 수, N_offset은 프리앰블의 부반송파 옵셋을 나타내고, S_T는 목표신호의 세그먼트, S_k는 k번째 간섭 신호의 세그먼트를 나타내며,

상기 식을 사용하여 목표 기지국의 신호와 간섭으로 작용하는 인접 기지국의 신호의 비를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항 또는 제29항에 있어서, 셀 탐색은,

여기서 R_c는 프리앰블과 수신 신호와의 상호상관행렬의 자기상관벡터를 나타내고, a(θ)는 입사각 u에 대한 조정벡터를 나타내고, (V_c)_n은 잡음 부공간 벡터를 나타내고, 상기 각 식의 값이 최대가 될 때의 C값이 Cell ID(C)가 되고, θ값이 입사각이 되며,

상기 식을 이용하여 입사각과 셀 탐색을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제36항에 있어서, 수신 신호로부터 몇 개의 후보 입사각을 추정한 뒤에 후보 입사각에 대해서만 Cell ID와 입사각을 추정하되,

첫 번째 단계에서 후보 입사각을 추정하며,

R은 수신 신호에 대한 자기 상관 행렬을 나타내고, a(θ)는 입사각 θ에 대한 조정벡터를 나타내며, 각 식에서 M(M은 자연수)개의 θ값이 후보 입사각이 되며, 이 후보 입사각을 사용하여

두번째 단계에서 Cell ID와 입사각을 추정하며,

여기서 θ_m은 첫 번째 단계에서 추정된 후보 입사각을 의미하고, M은 후보 입사각의 개수를 나타내고, Vn은 프리앰블과 수신신호와의 상호 상관 행렬의 자기상관 행렬의 잡음 부공간을 나타내며, 상기 식을 사용하여 셀 탐색과 입사각을 동시에 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제36항에 있어서, 프리앰블과 수신 신호의 상호상관 행렬을 이용하여 Cell ID와 입사각을 추정하는 셀 탐색 및 입사각 동시 추정하는 기법으로 Direct Searching, Peak Searching, Joint Peak Searching을 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제38항에 있어서, Direct Searching기법은,

여기서 P^I _c은 I번째 안테나에서 수신 신호와 Cell ID C의 프리앰블 신호의 상호 상관값을 나타내고, d는 안테나간 거리를 나타내고, λ는 파장을 나타내고, Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제38항에 있어서, Peak Searching기법은,

여기서 P_c는 Cell ID C의 프리앰블 신호와 수신 신호의 상호 상관벡터이고, a(θ)는 조정벡터를 나타내고, Cell ID를 찾은 상태에서 조정벡터와의 곱이 최대가 되는 θ값을 찾는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제38항에 있어서, Joint Peak Searching기법은,

여기서, P_c는 Cell ID의 프리앰플 신호와 수신 신호의 상관 백터이고, a(θ)는 조정 벡터를 나타내며, 가능한 Cell ID에 대해 수신 신호와 상호 상관을 구한 후 조정 벡터와의 곱이 최대가 되는 Cell ID와 입사각을 찾는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항 또는 제28항에 있어서,

상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성기에서 SRB 빔형성을 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항 또는 제28항에 있어서,

상기 하드 핸드오버용 고정 릴레이 빔형성기에서 TRB 빔형성을 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제27항 또는 제28항에 있어서,

상기 하드 핸드오버용 이동 릴레이 빔형성을 위해 입사각 추정을 할 때, 셀 탐색과 입사각을 동시에 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제29항에 있어서,

상기 소프트 핸드오버 빔형성은 SRB 빔형성을 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.
제29항에 있어서,

상기 소프트 핸드오버 빔형성은 목표 기지국과 인접 기지국으로 모두 빔을 형성하여, 두 신호를 결합하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 갖는 이동/고정 릴레이의 송수신 방법.