KR20080077755A - 다중 안테나 시스템에서 신호 보정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템의 송신 단에서 캘리브레이션(Calibration) 장치 및 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 안테나들과, 상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 전송하며 송수신 경로의 채널 추정을 위한 신호를 출력하는 적어도 하나의 송신기들과, 상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 수신받으며, 상기 신호를 수신받는 안테나가 아닌 다른 안테나를 통해 신호를 송신하는 송신기가 출력하는 상기 신호를 커플링(Coupling)하는 적어도 하나의 수신기들과, 상기 수신기들을 통해 커플링된 신호를 이용하여 상기 송신기들과 수신기들의 송수신 경로에 대한 채널을 추정하여 상기 송신기들을 통해 수신 단으로 출력되는 신호를 캘리브레이션하는 보정기를 포함하여, 상기 부가적인 장치로 인한 복잡도와 비용이 증가하는 것을 방지할 수 있고, 하나의 수신부에서 하나의 송신부에 대한 기준 신호를 수신하여 송수신 경로의 채널을 추정하기 때문에 상기 송수신 경로의 채널 값을 더욱 정확하게 추정할 수 있는 이점이 있다.

다중 안테나 시스템, 시분할 복신 시스템, 보정(Calibration), 채널 정보

Description

다중 안테나 시스템에서 신호 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATION OF SIGNAL IN MULTI-ANTENNA SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 다중 안테나 시스템에서 캘리브레이션 장치를 도시하는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 캘리브레이션 장치를 도시하는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신부의 블록 구성을 도시하는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신부의 블록 구성을 도시하는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 채널 추정 및 보정부의 블록 구성을 도시하는 도면, 및

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 캘리브레이션 절차를 도시하는 도면.

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 캘리브레이션(Calibration) 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상기 다중 안테나 시스템에서 상기 캘리브레이션을 위한 추가적인 장치 없이 전송신호를 캘리브레이션하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 다중 안테나 시스템은 안테나별로 서로 독립적인 채널을 이용하여 데이터를 전송하여 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 단일 안테나 시스템에 비해 전송 신뢰도와 전송률을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 다중 안테나 시스템은 다이버시티(Diversity) 이득을 통해 시스템 성능을 향상시킬 수 있고, 다중화(Multiplexing) 이득을 통해 전송률을 향상시킬 수 있다.

상기 다중 안테나 시스템에서 시분할 복신(Time Division Duplexing : 이하, TDD라 칭함) 방식을 사용하는 경우, 상기 다중 안테나 시스템의 송신 단은 순방향 링크의 성능을 향상시키기 위해 역방향 채널 정보를 이용하여 전송 신호를 선 보상(Prefiltering)한다. 하지만, 상기 송신 단에서 추정한 역방향 채널은 상기 송신 단의 송신 경로와 수신 경로를 구성하는 회로에 의해 순 방향 채널과 다르기 나타난다. 즉, 상기 다중 안테나 시스템에서 무선 자원 상의 순 방향 채널과 역방향 채널은 상호 대등한 관계(Reciprocal)를 갖는다. 하지만, 상기 송신 단의 송신 경로와 수신 경로를 구성하는 회로들은 서로 상호 대등한 관계를 갖지 못하므로 상기 송신 단에서 추정한 역방향 채널은 순 방향 채널과 다르게 나타난다.

따라서, 상기 송신 단에서 상기 역방향 채널을 이용하여 신호를 선 보상하여 전송하는 경우, 상기 역방향 채널과 순 방향 채널의 미스 매치(mismatch)로 인해 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

상기 다중 안테나 시스템은 상기 역방향 채널과 순 방향 채널의 미스매치를 보상하기 위해 상기 송신 경로와 수신 경로의 채널에 대한 캘리브레이션을 수행한다.

도 1은 종래 기술에 따른 다중 안테나 시스템에서 신호 보정 장치를 도시하고 있다. 여기서, 상기 다중 안테나 시스템의 송신 단은 두 개의 안테나를 구비하는 것으로 가정하여 설명한다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이 상기 다중 안테나 시스템의 송신 단은 송신부(100, 101), 수신부(110, 111), 스위치(120, 121), 결합기(Coupler))(130, 131) 및 전력 합성기(140), 보정기(150)를 포함하여 구성된다.

상기 송신부(100, 101)와 수신부(110, 111)는 상기 스위치(120, 121)를 이용하여 하나의 안테나를 공유한다. 즉, 상기 제 1 스위치(120)는 시분할 복신 신호에 따라 송신 구간 동안 상기 제 1 송신부(100)와 제 1 안테나를 연결하고, 수신 구간 동안 상기 제 1 수신부(110)과 상기 제 1 안테나를 연결한다. 또한, 상기 제 2 스위치(121)는 송신 구간 동안 상기 제 2 송신부(101)와 제 2 안테나를 연결하고, 수신 구간 동안, 상기 제 2 수신부(111)와 상기 제 2 안테나를 연결한다.

상기 송신 단은 송신 경로와 수신 경로의 채널을 추정하기 위해 상기 보정용 송수신기(150)를 사용한다. 여기서, 상기 송신 경로는 상기 송신부(100, 101)에서 상기 스위치(120, 121)와 결합기(130, 131)를 거쳐 안테나까지의 경로를 의미한다. 또한, 상기 수신 경로는 상기 안테나부터 상기 결합기(130, 131)와 스위치(120, 121)를 거쳐 상기 수신부(110, 111)까지의 경로를 의미한다.

먼저 송신 경로의 채널을 추정하는 경우, 상기 송신부(100, 101)는 상기 송신 경로의 채널 상태를 추정하기 위한 기준 신호를 발생시켜 상기 스위치(120, 121)를 통해 상기 안테나로 출력한다. 상기 결합기(130, 131)는 상기 송신부(100, 101)에서 발생시킨 기준 신호를 커플링한다.

상기 전력 합성기(140)는 상기 제 1 결합기(130)와 제 2 결합기(131)에서 커플링된 신호를 하나의 신호로 합성하여 출력한다. 즉, 상기 보정용 송수신기(150)는 상기 제 1 송신부(100)와 제 2 송신부(101)의 기준 신호를 이용하여 상기 제 1 송신부(100)와 제 2 송신부(101)의 송신 경로의 채널을 동시에 추정한다. 따라서, 상기 전력 합성기(140)는 상기 보정용 송수신기(150)에서 상기 제 1 송신부(100)와 제 2 송신부(101)의 신호를 동시에 받을 수 있도록 상기 제 1 결합기(130)와 제 2 결합기(131)에서 커플링된 신호를 하나의 신호로 합성한다.

상기 보정용 송수신기(150)의 보정용 수신기(153)는 상기 전력 합성기(140)로부터 제공받은 상기 제 1 송신부(100)와 제 2 송신부(101)의 기준 신호를 이용하여 상기 송신 경로의 채널을 추정한다.

다음으로 수신 경로의 채널을 추정하는 경우, 상기 보정용 송수신기(150)의 보정용 송신기(151)는 상기 제 1 수신부(110)와 제 2 수신부(111)의 수신 경로의 채널 상태를 추정하기 위해 기준 신호를 출력한다.

상기 전력 합성기(140)는 상기 보정용 송신기(151)로부터 제공받은 기준신호 를 상기 제 1 수신부(110)와 제 2 수신부(111)가 동시에 수신할 수 있도록 각각 분할하여 출력한다.

상기 결합기(130, 131)는 상기 전력 합성기(140)로부터 제공받은 기준 신호를 상기 제 1 수신부(110)와 제 2 수신부(111)로 출력한다.

상기 수신부(110, 111)는 상기 결합기(130, 131)로부터 제공받은 기준 신호를 이용하여 상기 수신 경로의 채널을 추정한다.

상술한 바와 같이 상기 다중 안테나 시스템은 별도의 보정용 송수신기를 이용하여 상기 송수신 경로의 채널 상태를 추정한다. 따라서, 상기 다중 안테나 시스템은 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위한 추가적인 장치인 보정용 송수신기에 의해 복잡도와 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 상기 다중 안테나 시스템은 하나의 보정용 송수신기를 이용하여 다수개의 송수신 경로의 채널을 동시에 추정하므로 각각의 송수신 경로를 통해 송수신되는 전체 신호가 아닌 일부 신호만을 이용하여 상기 송수신 경로의 채널을 추정한다. 예를 들어, 상기 도 1에서 상기 제 1 송신부(100)와 제 2 송신부(101)에서 52 OFDM 데이터 부반송파를 이용하여 기준 신호를 출력하는 경우, 상기 보정용 송수신기(150)는 제 1 송신부(100)에서 출력한 기준 신호의 1/2과 상기 제 2 송신부(101)에서 출력한 기준 신호의 1/2를 수신받아 상기 송신 경로의 채널을 동시에 추정한다.

이 경우, 상기 보정용 송수신기(150)는 각각의 송신 경로를 통해 송신되는 전체 신호를 사용하지 않으므로 각각의 송신 경로에 대해 추정한 채널 상태가 부정확해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템에서 송수신 경로의 채널을 추정하여 전송신호를 캘리브레이션(Calibration) 하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템에서 송수신 경로의 채널을 추정하기 위한 추가적인 보정 장치를 이용하지 않고 송수신 경로의 채널 정보를 획득하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 송신 단에서 캘리브레이션(Calibration) 장치는, 적어도 하나의 안테나들과, 상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 전송하며 송수신 경로의 채널 추정을 위한 신호를 출력하는 적어도 하나의 송신기들과, 상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 수신받으며, 상기 신호를 수신받는 안테나가 아닌 다른 안테나를 통해 신호를 송신하는 송신기가 출력하는 상기 신호를 커플링(Coupling)하는 적어도 하나의 수신기들과, 상기 수신기들을 통해 커플링된 신호를 이용하여 상기 송신기들과 수신기들의 송수신 경로에 대한 채널을 추정하여 상기 송신기들을 통해 수신 단으로 출력되는 신호를 캘리브레이션하는 보정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 캘리브레이션(Calibration) 방법은, 적어도 하나의 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기들이 각각의 송신 경로를 통해 송수신 경로의 채널 추정을 위한 신호를 출력하는 과정과, 상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 수신받는 수신기들이 상기 수신받는 안테나가 아닌 다른 안테나를 통해 출력되는 신호를 커플링(Coupling)하는 과정과, 상기 커플링(Coupling)된 신호들을 이용하여 상기 송수신 경로에 대한 채널을 추정하는 과정과, 상기 송수신 경로에 대한 채널 정보를 이용하여 송신 신호를 캘리브레이션하기 위한 보정 계수를 생성하여 상기 송신 신호를 캘리브레이션하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은 다중 안테나 시스템에서 송수신 경로의 채널을 추정하기 위한 추가적인 장치를 사용하지 않고 전송 신호를 캘리브레이션(Calibration)하기 위한 기술에 대해 설명한다.

이하 설명은 시분할 복신(Time Division Duplexing) 방식의 다중 안테나 시스템을 예를 들어 설명하지만, 다른 전송 방식의 다중 안테나 시스템에도 동일하게적용할 수 있다. 또한, 상기 송신 단이 두 개의 안테나를 구비하는 것으로 가정하여 설명하지만, 상기 송신 단이 다수 개의 안테나를 구비하는 경우에는 동일하게 적용할 수 있다.

상기 다중 안테나 시스템의 송신 단은 순방향 링크의 성능을 향상시키기 위해 신호를 선 보상(Prefiltering)하여 수신 단으로 전송한다. 여기서, 상기 송신 단은 무선 자원 채널 및 송수신 경로의 채널 정보를 포함하는 역방향 채널 정보를 이용하여 상기 전송 신호의 선보상을 수행한다.

상기 송신 단에서 신호를 선 보상하여 전송하는 경우, 상기 수신 단은 하기 <수학식 1>과 같은 형태의 신호를 수신한다.

여기서, 상기 y^DL은 상기 수신 단에서 수신한 신호를 나타내고, 상기 H^DL은 순 방향 채널 정보를 나타내며, 상기 F^DL은 상기 송신 단에서 전송신호를 선 보상한 계수를 나타낸다. 또한, 상기 x^DL은 상기 송신 단에서 전송한 신호를 나타내고, 상기 H^UL은 상기 송신 단에서 추정한 역방향 채널 정보를 나타내며, 상기 D_{RX . BS}는 상기 송신 단의 수신 경로의 채널 정보를 나타내고, 상기 D_{TX . BS}는 상기 송신 단의 송신 경로의 채널 정보를 나타내며, 상기 D_{RX . MS}는 상기 수신 단의 수신 경로의 채널 정보 를 나타내고, 상기 D_{TX . MS}는 상기 수신 단의 송신 경로의 채널 정보를 나타내며, 상기 n은 잡음을 나타낸다.

상기 <수학식 1>과 같이 상기 송신 단은 상기 역방향 채널 정보에 따라 전송신호를 선 보상하여 전송한다. 이때, 상기 송신 단은 상기 수신 단에서 전송 신호를 복호할 수 있도록 하기 <수학식 2>와 같이 상기 <수학식 1>에서 대각 행렬(Diagonal Matrix)의 곱이 단위 행렬(Identity Matrix)이 되도록 상기 신호에 대한 캘리브레이션을 수행해야 한다.

여기서, 상기 D_{RX . BS}는 상기 송신 단의 수신 경로의 채널 정보를 나타내고, 상기 D_{TX . BS}는 상기 송신 단의 송신 경로의 채널 정보를 나타낸다. 또한, 상기 TF_TXi는 상기 송신 단에서 i번째 안테나에 해당하는 송신 경로의 전송 함수(Transfer Function)를 나타내고, 상기 TF_RXi는 상기 송신 단에서 i번째 안테나에 해당하는 수 신 경로의 전송 함수를 나타낸다.

상기 <수학식 2>에서 상기 대각 행렬의 곱이 단위 행렬이 되기 위해서는 상기 각 송신 경로와 수신 경로에 대한 전송 함수의 비(

)가 동일해야한다.

상술한 바와 같이 상기 송신 단은 상기 각 송신 경로와 수신 경로에 대한 전송 함수의 비를 동일하게 캘리브레이션 해야한다. 따라서, 상기 송신 단은 각 송수신 경로에 대한 전송 함수의 비가 동일하게 하기 위해 하기 <수학식 3>과 같이 표현할 수 있다.

여기서, 상기 TF_TXi는 상기 송신 단에서 i번째 안테나에 해당하는 송신 경로의 전송 함수를 나타내고, 상기 TF_RXi는 상기 송신 단에서 i번째 안테나에 해당하는 수신 경로의 전송 함수를 나타낸다.

상기 <수학식 3>과 같이 첫 번째 안테나에 대한 송신 경로의 전송 함수와 두 번째 안테나에 대한 수신 경로의 전송 함수에 대한 곱은 상기 첫 번째 안테나에 대한 수신 경로의 전송 함수와 두 번째 안테나에 대한 송신 경로의 전송 함수의 곱과 동일하다.

따라서, 상기 송신 단은 하기 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 송신부에서 출력하는 기준 신호는 제 2 수신부에서 수신하여 상기 제 1 송신부의 송신 경로와 제 2 수신부의 수신 경로의 채널을 추정한다. 또한, 상기 제 2 송신부에서 출력하는 기준 신호는 제 1 수신부에서 수신하여 상기 제 2 송신부의 송신 경로와 제 1 수신부의 수신 경로의 채널을 추정한다.

도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 신호 보정 장치를 도시하고 있다. 이하 설명에서 제 1 송신부(200)에서 출력되는 기준 신호는 제 2 수신부(211)에서 수신하고, 제 2 송신부(201)에서 출력하는 기준 신호는 제 1 수신부(210)에서 수신한다. 이때, 상기 제 1 송신부(200)와 제 2 수신부(211) 사이의 동작과 제 2 송신부(201)와 제 1 수신부(210) 사이의 동작은 동일하므로 상기 제 1 송신부(200)와 제 2 수신부(211) 사이의 동작을 예를 들어 설명한다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 송신 단은 송신부(200, 201), 수신부(210, 211), 스위치(220, 221, 223) 및 결합기(Coupler)(230, 231), 채널 추정 및 보정부(240)를 포함하여 구성된다.

상기 송신부(200, 201)와 수신부(210, 211)는 상기 스위치(220, 221)를 이용하여 하나의 안테나를 공유한다. 즉, 상기 제 1 스위치(220)는 시분할 복신 신호에 따라 송신 구간 동안 상기 제 1 송신부(200)와 제 1 안테나를 연결하고, 수신 구간 동안 상기 제 1 수신부(210)과 상기 제 1 안테나를 연결한다. 또한, 상기 제 2 스위치(221)는 송신 구간 동안 상기 제 2 송신부(201)와 제 2 안테나를 연결하고, 수신 구간 동안, 상기 제 2 수신부(211)와 상기 제 2 안테나를 연결한다.

상기 송신 단에서 상기 제 1 송신부(200)는 상기 송수신 경로의 채널을 추정하기 위한 기준 신호는 출력한다. 이때, 상기 제 1 송신부(200)는 하기 도 3에 도시된 바와 같이 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신부의 블록 구성을 도시하고 있다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이 상기 송신부(200)는 IFFT연산기(300), CP삽입기(310), 디지털/아날로그 변환기(320) 및 RF처리기(330)를 포함하여 구성된다.

상기 IFFT연산기(300)는 상기 채널 추정 및 보정부(240)로부터 제공되는 기준 신호 또는 전송 신호를 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하여 시간 영역 신호로 변환한다.

상기 CP삽입기(310)는 무선 채널의 다중 경로 페이딩 현상 때문에 발생하는 자기신호에 의한 잡음(Inter Symbol Interference)을 제거하기 위해 상기 IFFT연산기(300)로부터 제공받은 신호에 보호 구간(Cyclic Prefix)을 삽입하여 출력한다.

상기 디지털/아날로그 변환기(Digital/Analog Converter)(320)는 상기 CP삽입기(310)로부터 제공받은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.

상기 RF처리기(330)는 상기 디지털/아날로그 변환기(320)로부터 제공받은 기저대역 신호를 고주파 신호(RF(Radio Frequency))로 주파수 상향 변조하여 출력한다.

상기 제 1 결합기(230)는 상기 제 1 송신부(200)로부터 제공받은 기준 신호 를 커플링하여 상기 제 2 결합기(231)로 제공한다.

상기 제 3 스위치(223)는 상기 제 1 결합기(230)와 제 2 결합기(231)의 연결을 스위칭한다. 예를 들어, 상기 제 1 송신부(200)에서 송수신 경로의 채널 추정을 위한 기준 신호를 발생하는 경우, 상기 제 3 스위치(223)는 상기 제 1 결합기(230)와 제 2 결합기(231)를 연결한다. 하지만, 상기 제 1 송신부(200)에서 캘리브레이션이 아닌 일반적인 송수신 통신을 수행하는 경우, 상기 제 3 스위치(223)는 상기 제 1 결합기(230)와 제 2 결합기(231)의 연결을 차단한다.

상기 제 2 결합기(231)는 상기 제 1 결합기(230)로부터 제공받은 기준 신호를 상기 제 2 수신부(211)로 제공한다.

상기 제 2 수신부(211)는 상기 제 2 결합기(231)로부터 제공받은 기준신호를 상기 채널 추정 및 보정부(240)로 제공한다. 이때, 상기 제 2 수신부(200)는 하기 도 4에 도시된 바와 같이 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신부의 블록 구성을 도시하고 있다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이 상기 수신부(211)는 RF처리기(400), 아날로그/디지털 변환기(410), CP제거기(420) 및 FFT연산기(430)를 포함하여 구성된다.

상기 RF처리기(400)는 상기 제 2 결합기(231)로부터 제공받은 고주파 신호를 기저대역 신호로 주파수 하향변조한다.

상기 아날로그/디지털 변환기(410)는 상기 RF처리기(400)로부터 제공받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

상기 CP제거기(420)는 상기 아날로그/디지털 변환기(410)로부터 제공받은 신호에서 보호 구간을 제거한다. 즉, 상기 CP제거기(420)는 상기 신호에서 상기 송신부(200)가 상기 자기신호에 의한 잡음을 제거하기 위해 삽입한 보호 구간을 제거한다.

상기 FFT연산기(430)는 상기 CP제거기(420)로부터 제공받은 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하여 상기 채널 추정 및 보정부(240)로 출력한다.

상기 채널 추정 및 보정부(240)는 상기 제 1 수신부(210)와 제 2 수신부(211)로부터 제공받은 기준신호를 이용하여 송수신 경로의 채널 상태를 추정한다. 예를 들어, 상기 채널 추정 및 보정부(240)는 상기 제 1 수신부(210)로부터 제공받은 기준 신호를 통해 상기 제 2 송신부(201)와 제 1 수신부(210) 사이의 송수신 경로에 대한 채널을 추정한다. 또한, 상기 채널 추정 및 보정부(240)는 상기 제 2 수신부(211)로부터 제공받은 기준 신호를 통해 상기 제 1 송신부(200)와 제 2 수신부(211) 사이의 송수신 경로에 대한 채널을 추정한다.

이후, 상기 채널 추정 및 보정부(240)는 상기 추정된 송수신 경로의 채널 정보를 이용하여 상기 제 1 송신부(200)와 제 2 송신부(201)를 통해 출력되는 신호의 캘리브레이션을 수행한다. 이때, 상기 채널 추정 및 보정부(240)는 하기 도 5에 도시된 바와 같이 구성된다.

도 5는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 채널 추정 및 보정부의 블록 구성을 도시하고 있다.

상기 도 5에 도시된 바와 같이 상기 채널 추정 및 보정부(240)는 경로 상태 확인부(500), 보정 계수 생성부(510) 및 신호 보정부(520)를 포함하여 구성된다.

상기 경로 상태 확인부(500)는 상기 수신부(210, 211)로부터 제공받은 기준 신호를 통해 상기 송수신 경로의 채널 정보를 추정한다. 예를 들어, 상기 경로 상태 확인부(500)는 상기 제 1 수신부(210)로부터 제공받은 기준 신호를 통해 상기 제 2 송신부(201)와 제 1 수신부(210) 사이의 송수신 경로에 대한 채널을 추정한다. 또한, 상기 경로 상태 확인부(500)는 상기 제 2 수신부(211)로부터 제공받은 기준 신호를 통해 상기 제 1 송신부(200)와 제 2 수신부(211) 사이의 송수신 경로에 대한 채널을 추정한다.

여기서, 상기 각각의 수신부는 하나의 송신부에 대한 기준 신호를 수신받는다. 따라서, 상기 경로 상태 확인부(500)는 하나의 송신부에서 전송한 전체 기준 신호를 이용하여 상기 송수신 경로에 대한 채널을 추정할 수 있다.

상기 보정 계수 생성부(510)는 상기 경로 상태 확인부(500)로부터 제공받은 상기 송수신 경로의 채널 정보를 이용하여 각각의 송신부(200, 201)를 통해 전송할 신호를 캘리브레이션하기 위한 보정 계수를 생성한다. 여기서, 상기 보정 계수는 보정 행렬(Compensation Matrix)을 포함한다.

즉, 상기 보정 계수 생성부(510)는 상기 <수학식 2>에서 각각의 송수신 경로에 대한 전송 함수의 비가 동일해지도록 하기 <수학식 4>와 같이 각각의 송수신 경로에 대한 전송 함수의 비에 삽입하기 위한 보정 계수를 생성한다.

여기서, 상기 D_{RX . BS}는 상기 송신 단의 수신 경로의 채널 정보를 나타내고, 상기 D_{TX . BS}는 상기 송신 단의 송신 경로의 채널 정보를 나타내며, 상기 C는 보정 계수를 나타낸다. 또한, 상기 TF_TXi는 상기 송신 단에서 i번째 안테나에 해당하는 송신 경로의 전송 함수를 나타내고, 상기 TF_RXi는 상기 송신 단에서 i번째 안테나에 해당하는 수신 경로의 전송 함수를 나타낸다.

상기 <수학식 4>에서 상기

와

및

는 동일한 값을 갖는다. 만일, 상기 제 1 안테나에 대한 송수신 경로를 상기 보정을 위한 기준 송수신 경로로 설정하는 경우, 상기 보정 계수 생성부(510)가 상기 제 1 안테나에 대한 송수신 경로의 보정 계수(C₁)을 1로 설정한다. 이때, 상기 보정 계수 생성부(510)는 상기 각각의 안테나에 대한 보정 계수는 하기 <수학식 5>와 같이 산출할 수 있다. 이 경우, 상기 각 안테나를 통해 송수신되는 기준 신호는 상기 제 1 안테나에 대한 송수신 경로와 커플링된다.

여기서, 상기 C_i는 i번째 안테나에 대한 보정 계수를 나타내고, 상기 TF_TXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 송신 경로의 전송 함수를 나타내고, 상기 TF_RXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 수신 경로의 전송 함수를 나타낸다.

상기 신호 보정부(520)는 상기 보정 계수 생성부(510)에서 생성된 보정계수를 상기 전송 신호에 곱하여 상기 전송 신호에 대한 캘리브레이션을 수행한다.

상술한 바와 같이 상기 송신 단에서 상기 각각의 송수신 경로의 채널 정보를 이용하여 생성한 보정 계수를 이용하여 캘리브레이션을 수행한 신호를 전송한다. 이때, 상기 수신 단이 수신하는 상기 <수학식 1>과 같은 형태의 신호에서 대각 행렬의 곱은 하기 <수학식 6>과 같이 단위 행렬이 나타난다.

여기서, 상기 D_{TX . BS}는 상기 송신 단의 송신 경로의 채널 정보를 나타내고, 상기 D_{RX . MS}는 상기 수신 단의 수신 경로의 채널 정보를 나타낸다. 또한, 상기 C_i는 i번째 안테나에 대한 보정 계수를 나타내고, 상기 TF_TXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 송신 경로의 전송 함수를 나타내고, 상기 TF_RXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 수신 경로의 전송 함수를 나타낸다.

상기 <수학식 6>과 같이 상기 대각 행렬의 곱이 단위 행렬이 되므로 상기 수신 단은 상기 송신 단에서 전송한 신호를 복호할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 캘리브레이션 절차를 도시하고 있다.

상기 도 6을 참조하면, 먼저 상기 송신 단은 601단계에서 각각의 송신 안테나에 대한 송신부에서 송수신 경로의 채널을 추정하기 위한 기준 신호가 발생하는지 확인한다.

만일, 상기 기준 신호가 발생하면, 상기 송신 단은 603단계로 진행하여 각각의 송신부에서 발생시킨 상기 기준 신호를 다른 안테나와 연결된 수신부로 커플링한다. 이후, 상기 송신 단은 상기 커플링된 기준 신호를 이용하여 각각의 송수신 경로의 채널 상태를 확인한다. 예를 들어, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 송신 단의 제 1 송신부(200)에서 출력한 기준신호는 상기 제 2 수신부(211)로 커플링된다. 따라서, 상기 채널 추정 및 보정부(240)는 상기 제 2 수신부(211)로부터 제공받은 기준 신호를 이용하여 상기 제 1 송신부(200)와 제 2 수신부(211)의 송수신 경로에 대한 채널을 추정한다.

또한, 제 2 송신부(201)에서 출력한 기준신호는 상기 제 1 수신부(210)로 커플링된다. 따라서, 상기 채널 추정 및 보정부(240)는 상기 제 1 수신부(210)로부터 제공받은 기준 신호를 이용하여 상기 제 2 송신부(201)와 제 1 수신부(210)의 송수신 경로에 대한 채널을 추정한다. 여기서, 상기 송신 단의 상기 제 1 안테나에 연결된 송수신부를 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위한 기준 송수신부로 설정하는 경우, 상기 제 1 안테나에 대한 송수신부는 각각의 안테나에 연결된 송수신부와 연 결되어 신호를 커플링한다.

상기 송수신 경로에 대한 채널 상태를 확인한 후, 상기 송신 단은 605단계로 진행하여 각각의 송신부를 통해 전송하는 신호들을 캘리브레이션하기 위한 보정 계수를 생성한다. 예를 들어, 상기 송신 단에서 상기 제 1 안테나에 연결된 제 1 송신부(200)와 제 1 수신부(210)를 기준 송수신부로 설정하는 경우, 상기 <수학식 5>와 같은 보정 계수를 생성한다.

이후, 상기 송신 단은 607단계로 진행하여 상기 송신 안테나들을 통해 수신 단으로 신호를 전송하는지 확인한다.

만일, 상기 신호를 전송하는 경우, 상기 송신 단은 609단계로 진행하여 각 송신부에 따라 생성한 보정 계수를 이용하여 각각의 전송 신호에 대한 캘리브레이션을 수행한다.

상기 신호에 대한 캘리브레이션을 수행한 후, 상기 송신 단은 611단계로 진행하여 상기 신호를 각각의 안테나를 통해 상기 수신 단으로 전송한다.

이후, 상기 송신 단은 본 알고리즘을 종료한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 다중 안테나 시스템에서 부가적인 장치 없이 각각의 송수신부를 연결하여 캘리브레이션(Calibration)을 수행함으로써, 상기 부가적인 장치로 인한 복잡도와 비용이 증가하는 것을 방지할 수 있고, 하나의 수신부에서 하나의 송신부에 대한 기준 신호를 수신하여 송수신 경로의 채널을 추정하기 때문에 상기 송수신 경로의 채널 값을 더욱 정확하게 추정할 수 있는 이점이 있다.

Claims (15)

1. 다중 안테나 시스템에서 송신 단의 캘리브레이션(Calibration) 장치에 있어서,

   적어도 하나의 안테나들과,

   상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 전송하며 송수신 경로의 채널 추정을 위한 신호를 출력하는 적어도 하나의 송신기들과,

   상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 수신받으며, 상기 신호를 수신받는 안테나가 아닌 다른 안테나를 통해 신호를 송신하는 송신기가 출력하는 상기 신호를 커플링(Coupling)하는 적어도 하나의 수신기들과,

   상기 수신기들을 통해 커플링된 신호를 이용하여 상기 송신기들과 수신기들의 송수신 경로에 대한 채널을 추정하여 상기 송신기들을 통해 수신 단으로 출력되는 신호를 캘리브레이션하는 보정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 송신기는,

   상기 보정기에서 캘리브레이션된 신호를 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하는 IFFT연산기와,

   상기 역 고속 푸리에 변환된 신호에 보호 구간(Cyclic Profix)을 삽입하는 CP삽입기와,

   상기 보호 구간이 삽입된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기와,

   상기 아날로그 신호를 고주파 신호(Radio Frequency)로 변환하여 출력하는 RF처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수신기는,

   상기 송신기에서 출력된 신호를 커플링하는 커플러와,

   상기 커플링된 신호 또는 안테나를 통해 수신된 고주파 신호를 기저대역 신호로 변환하는 RF처리기와,

   상기 기저대역 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와,

   상기 디지털 신호에 포함된 보호 구간(Cyclic Prefix)을 제거하는 CP 제거기와,

   상기 보호 구간이 제거된 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하는 FFT연산기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 보정기는,

   상기 수신기들로부터 제공받은 커플링된 신호를 통해 상기 송수신 경로의 채널 상태를 추정하는 경로 상태 확인부와,

   상기 송수신 경로의 채널 상태를 이용하여 송신 신호를 캘리브레이션하기 위한 보정 계수를 생성하는 보정 계수 생성기와,

   각각의 송신기를 통해 출력되는 전송 신호를 상기 보정 계수로 캘리브레이션하는 신호 보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 송신기들과 수신기들 중 제 1 안테나를 통해 신호를 송수신하는 제 1 송신기와 제 1 수신기는, 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위한 기준 송수신기로 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 송신기들 중 상기 제 1 송신기를 제외한 나머지 송신기들은, 상기 제 1 수신기로 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하 는 장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 수신기들 중 상기 제 1 수신기를 제외한 나머지 수신기들은, 상기 제 1 송신기에서 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위해 출력하는 신호를 커플링하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 보정기의 보정 계수 생성기는, 상기 제 1 송신기와 제 1 수신기를 기준으로 상기 보정 계수를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 보정 계수 생성기는, 하기 수학식 7과 같이 상기 보정 계수를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.

   

   여기서, 상기 C_i는 i번째 안테나에 대한 보정 계수, 상기 TF_TXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 송신 경로의 전송 함수(Transfer Function), 상기 TF_RXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 수신 경로의 전송 함수를 나타냄.
10. 다중 안테나 시스템에서 캘리브레이션(Calibration) 방법에 있어서,

    적어도 하나의 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 전송하는 송신기들이 각각의 송신 경로를 통해 송수신 경로의 채널 추정을 위한 신호를 출력하는 과정과,

    상기 안테나들 중 하나의 안테나를 통해 신호를 수신받는 수신기들이 상기 수신받는 안테나가 아닌 다른 안테나를 통해 출력되는 신호를 커플링(Coupling)하는 과정과,

    상기 커플링(Coupling)된 신호들을 이용하여 상기 송수신 경로에 대한 채널 을 추정하는 과정과,

    상기 송수신 경로에 대한 채널 정보를 이용하여 송신 신호를 캘리브레이션하기 위한 보정 계수를 생성하여 상기 송신 신호를 캘리브레이션하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 송신기들과 수신기들 중 제 1 안테나를 통해 신호를 송수신하는 제 1 송신기와 제 1 수신기를 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위한 기준 송수신기로 설정하는 과정을 더 포함하여,

    상기 송신기들 중 상기 제 1 송신기를 제외한 나머지 송신기들은, 상기 제 1 수신기로 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 수신기들 중 상기 제 1 수신기를 제외한 나머지 수신기들은, 상기 제 1 송신기에서 상기 송수신 경로의 채널 추정을 위해 출력하는 신호를 커플링하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 송신 신호를 캘리브레이션하는 과정은,

    상기 송수신 경로에 대한 채널 정보를 이용하여 각각의 송신 경로에 대한 보정 계수를 생성하는 과정과,

    상기 송신 경로를 통해 전송하기 위한 송신 신호에 상기 보정 계수를 이용하여 상기 송신 신호를 캘리브레이션하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 보정 계수를 생성하는 과정은,

    상기 송수신 경로의 채널 추정을 위한 기준 송수신기의 보정계수를 기준으로 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 보정 계수는, 하기 수학식 8과 같이 상기 보정 계수를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.

    

    여기서, 상기 C_i는 i번째 안테나에 대한 보정 계수, 상기 TF_TXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 송신 경로의 전송 함수, 상기 TF_RXi는 상기 i번째 안테나에 해당하는 수신 경로의 전송 함수를 나타냄.

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