JP2014524712A - 無線通信システムにおけるビーム選択装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明によれば、複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムにおけるビームを選択するための装置及び複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムにおけるビームを選択するための方法が提供される。本発明の一実施形態による信号を送信するための方法は、複数の第１ビーム及び複数の第２ビームを用いてトレーニング信号を送信する段階と、複数の第３ビームのうち少なくとも１つの第４ビームを用いてユーザ制御情報及びデータのうち少なくとも１つを送信する段階と、を含む。

Description

本発明は、無線通信システムに関する。特に、本発明は、複数のアンテナビームを使用可能な無線通信システムにおけるビームを選択するための装置及び方法に関する。

無線通信システムは、ビームフォーミング技術を用いてデータ送信速度を上げることができる。前記ビームフォーミング技術は、利得の高いアンテナを使用して送受信性能を改善できる一連の技術をいう。
前記ビームフォーミング技術を使用する場合、無線通信システムはアンテナの利得を高めるためにはアンテナビームの幅を減らさなければならない。この場合、無線通信システムは、全ての方向に信号を送信するために、複数の幅の狭いビーム（以下、「狭いビーム」と称する）を使用しなければならない。

無線通信システムは、データだけでなく同期信号及び制御信号をビームフォーミングする。同期信号及び共通制御信号は複数の移動局が共通で使用する。これにより、狭いビームを用いて同期信号及び制御信号を送信する場合、基地局は全ての方向の狭いビームを介して同じ同期信号及び共通制御信号を繰り返して送信しなければならないオーバーヘッドが発生する。
無線通信システムは、同期信号及び共通制御信号に対するビームフォーミングオーバーヘッドを減らすために、幅の広いビームを用いて同期信号及び共通制御信号を送信する。
しかし、広いビームを使用する場合、無線通信システムは多重経路フェージングによって信号間の干渉が増加する問題が発生する。

さらに、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を使用する場合、無線通信システムは、ＯＦＤＭシンボル間干渉を減らすために、ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）を大きく設定する。この場合、無線通信システムはＣＰによるオーバーヘッドが増加する問題が発生する。
送信端で信号を送信する狭いビームを変更する場合、無線通信システムは広いビームを使用する場合に似て、多重経路フェージングによって信号干渉が発生する問題がある。
無線通信システムは、送信速度を上げるために複数のビームを用いて複数の移動局と同時に信号を送受信できる。この場合、無線通信システムは、他の移動局と送受信する信号による多重経路フェージングによって信号干渉が発生し得る。

したがって、ビームフォーミング技術を用いる無線通信システムにおけるビームフォーミングオーバーヘッドを減少させるための装置及び方法の必要性が存在する。
上記内容は本発明の理解を助けるための背景情報として記述された。本発明に対する先行技術として適用可能であるかについてはいかなる判断や主張も行われないものである。

本発明の目的は、上記問題点及び短所を解決するためのものであり、次の利点のうち少なくとも１つを提供する。
したがって、本発明の目的は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおけるビームフォーミングによるオーバーヘッドを減らすための装置及び方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおけるビームフォーミングによる干渉を減らすための装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおけるビームフォーミングによるオーバーヘッド及び干渉を減らすための装置及び方法を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおける同期信号及び共通制御信号の送信によるオーバーヘッド及び干渉を減らすための装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおけるトレーニング信号の送信によるオーバーヘッド及び干渉を減らすための装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおけるビーム変更による干渉を減らすための装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおける複数のビームを同時に使用して発生する干渉を減らすための装置及び方法を提供することにある。

本発明の目的を達成するための本発明の態様によれば、複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムの送信端で信号を送信するための方法が提供される。前記方法は、複数の第１ビーム及び複数の第２ビームを用いてトレーニング信号を送信する段階と、複数の第３ビームのうち少なくとも１つの第４ビームを用いてユーザ制御情報及びデータのうち少なくとも１つを送信する段階と、を含み、前記第１ビームは、水平方向の幅は狭く、垂直方向の幅は広い形態のビームを意味し、前記第２ビームは、水平方向の幅は広く、垂直方向の幅は狭い形態のビームを意味し、前記第３ビームは、水平方向の幅は狭く、垂直方向の幅は狭い形態のビームを意味する。

本発明の別の態様によれば、複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムの受信端で信号を受信するための方法が提供される。前記方法は、送信端からトレーニング信号を受信した複数の第１ビーム及び複数の第２ビームのうちいずれか１つの第３ビーム及びいずれか１つの第４ビームを選択する段階と、前記第３ビーム及び前記第４ビームを用いて複数の第５ビームのうちいずれか１つの第６ビームを選択する段階と、を含む。

本発明のさらに別の態様によれば、複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムの送信端装置が提供される。前記装置は、複数のアンテナ要素を含むアンテナ部と、複数のアンテナビームのうち制御部の制御に応じていずれか１つのアンテナビームを選択するビーム選択部と、前記ビーム選択部で選択したアンテナビームを形成するように制御するＲＦチェーンと、複数の第１ビーム及び複数の第２ビームを用いてトレーニング信号を送信するように制御し、複数の第３ビームのうち少なくとも１つの第４ビームを用いてユーザ制御情報及びデータのうち少なくとも１つを送信するように制御する制御部と、を含む。

本発明のさらに別の態様によれば、複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムの受信端装置が提供される。前記装置は、信号を受信する受信部と、前記受信部を介して送信端からトレーニング信号を受信した複数の第１ビーム及び複数の第２ビームのうちいずれか１つの第３ビーム及びいずれか１つの第４ビームを選択し、前記第３ビーム及び前記第４ビームを用いて複数の第５ビームのうちいずれか１つの第６ビームを選択する制御部と、を含む。

本発明の他の態様、利益、主な特徴は、以下添付された本発明の実施形態及び図面とともに説明される詳細な説明から明白に認識されるはずである。
本発明の実施形態による本発明の上記態様（ａｓｐｅｃｔ）及び他の態様、特徴、利益は、次の図面と共に説明される詳細な説明から明白に認識されるはずである。

本発明による送信端のブロック構成を示す図である。 本発明の実施形態によるＲＦチェーンのブロック構成を示す図である。 本発明の実施形態によるＲＦチェーンのブロック構成を示す図である。 本発明の別の実施形態によるＲＦチェーンのブロック構成を示す図である。 本発明の実施形態によるアンテナ配列による狭いビームのパターンを示す図である。 本発明の実施形態によるアンテナ配列による狭いビームのパターンを示す図である。 本発明の実施形態による広いビームのパターンを示す図である。 本発明の実施形態による広いビームのパターンを示す図である。 本発明の実施形態による送信端でビームフォーミングを介して信号を送信するための手順を示す図である。 本発明の実施形態による受信端で信号を受信するための手順を示す図である。 本発明の別の実施形態による送信端でビームフォーミングを介して信号を送信するための手順を示す図である。 本発明の別の実施形態による受信端で信号を受信するための手順を示す図である。 本発明による受信端のブロック構成を示す図である。

図面中で、参照番号は、同じ又は類似の要素、特徴、構造を説明するために使用される。
以下、図面を参考した説明は、特許請求の範囲及びこれと同等なものによって定義される本発明の実施形態の包括的な理解を助けるために提供される。以下の説明は理解を助けるために様々な具体的な細部事項を含むが、例示として扱われるだけである。したがって、本発明の思想や範囲から逸脱しない限度内で実施形態の様々な変形及び修正が可能であることは無論である。また、周知の機能及び構造の説明は明確性のために省略される。
以下、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲で使用される用語及び単語は書誌的（ｂｉｂｌｉｏｇｒａｐｈｉｃａｌ）意味に限定されず、単に発明の明瞭かつ一貫した理解のために発明者によって用いられただけである。したがって、本発明の実施形態に対する以下の説明が説明を目的として提供されたものであって発明を限定することを目的としないことは当業者にとって明白である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付された図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明を説明するに当たって、関連する公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明確にする可能性があると判断された場合、その詳細な説明は省略する。また、以下で記載される用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これはユーザ、運用者の意図または慣例などによって異なることがある。したがって、その定義は本明細書全般にわたる内容に基づいて行われるべきである。
以下、本発明は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおけるビームフォーミングによるオーバーヘッド及び干渉を減らすための技術について説明する。
以下の説明で、無線通信システムは、アンテナビームフォーミング技術を使用するものであると仮定する。前記アンテナビームフォーミング技術は、各アンテナ別に送受信される高周波信号の位相を変換してビームを形成する技術を意味する。

以下で説明される図１及び図１０を介して、本文書で、本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は一例に過ぎないものであり、本発明は本文書の範囲に限定されない。当業者にとって、本発明の原理はあらゆる種類の無線通信システムにも適用され得ることは自明である。様々な実施形態を説明するために用いられる用語は例示である。これは単に説明の理解を助けるために提供されるものであると理解されるべきであり、これらの使用及び定義は発明の範囲を限定しない。用語、第１、第２等は、同じ用語（ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ）を有する対象を区分するために使用され、特に明示されない限り、発明の時系列順（ｃｈｒｏｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｏｒｄｅｒ）を表現することを意図しない。Ａセットは、少なくとも１つの構成要素を含む空でない（ｎｏｎ−ｅｍｐｔｙ）セットとして定義される。

図１は、本発明による送信端のブロック構成を示す。
上記図１に示すように、前記送信端は、制御部１００、ビーム選択部１１０、アンテナ部１２０、送信部１３０及び受信部１４０を含む。前記送信部１３０は、送信モデム１３２及び受信ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）チェーン１３４を含む。前記受信部１４０は、受信モデム１４２及び受信ＲＦチェーン１４４を含む。

前記制御部１００は、前記送信端でビームを形成するように制御する。例えば、ユーザ制御信号及びデータを送信する場合、前記制御部１００は、狭いビームを介してユーザ制御信号及びデータのうち少なくとも１つを送信するように前記ビーム選択部１１０を制御する。ここで、前記ユーザ制御信号及びデータのうち少なくとも１つを送信する狭いビームは、送信端又は受信端によって選択される。本発明の実施形態によれば、同期信号及び共通制御信号を送信する場合、前記制御部１００は、垂直ビームを介して同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つを送信するように前記ビーム選択部１１０を制御する。本発明の実施形態によれば、トレーニング信号を送信する場合、前記制御部１００は、受信端が最適の狭いビームを選択できるように垂直ビーム及び水平ビームを介してトレーニング信号を順次に送信するように前記ビーム選択部１１０を制御する。ここで、前記狭いビームは、図４Ｂに示すように、垂直方向及び水平方向に狭いビームを意味し、前記垂直ビームは、図５Ａに示すように、水平方向に狭く垂直方向に広いビームを意味し、前記水平ビームは、図５Ｂに示すように、垂直方向に狭く水平方向に広いビームを意味する。また、前記共通制御信号は、システムに対する各種情報及びシステムに接続するために必要な情報を含み、前記ユーザ制御信号は、リソース割り当て情報及び制御情報を含む。

さらに、前記制御部１００は、ビーム変更の際、垂直方向のビーム角度が異なる狭いビームを選択するように前記ビーム選択部１１０を制御する。この時、前記制御部１００は、垂直方向にビーム方向の変化が最大になるようビームを切り替える。例えば、上記図４Ｂに示す狭いビームを使用できる場合、前記制御部１００は、Ｂ１ｉ→Ｂ３ｊ→Ｂ５ｋ→Ｂ２ｍ→Ｂ４ｎの順にビームを切り替えるように制御する。ここで、前記ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｎは、水平方向アンテナ要素のインデックスを意味する。
もし、水平方向にのみビームを切り替えることができる場合、前記制御部１００は、水平方向の変化が最小になるようビームを切り替える。例えば、図５Ａに示す垂直ビームを使用できる場合、前記制御部１００は、Ｂｃ１→Ｂｃ２→Ｂｃ３→Ｂｃ４→Ｂｃ５の順にビームを切り替える。ここで、前記ｃは、垂直方向アンテナ要素のインデックスを意味する。
前記送信部１３０で複数のビームを介して複数の受信端に信号を同時に送信する場合、前記制御部１００は、垂直方向に角度が同じビームを同時に使用できないように前記ビーム選択部１１０を制御する。

前記ビーム選択部１１０は、前記制御部１００の制御に応じて当該パターンのビームを選択する。例えば、データを送信する場合、前記ビーム選択部１１０は、前記制御部１００の制御に応じて受信端が選択した方向の狭いビームを選択する。本発明の実施形態によれば、同期信号及び共通制御信号を送信する場合、前記ビーム選択部１１０は、前記制御部１００の制御に応じて垂直ビームを選択する。本発明の実施形態によれば、トレーニング信号を送信する場合、前記ビーム選択部１１０は、前記制御部１００の制御に応じて垂直ビーム及び水平ビームを順次に選択する。
前記ビーム選択部１１０は、送信ビームフォーミングの際、前記制御部１００の制御に応じて選択したビームパターン情報を前記送信部１３０に送信する。また、前記ビーム選択部１１０は、受信ビームフォーミングの際、前記制御部１００の制御に応じて選択したビームパターン情報を前記受信部１４０に送信する。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の実施形態によるＲＦチェーンのブロック構成を示す。
上記図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、前記アンテナ部１２０は、複数の無指向性アンテナ要素２１０−１乃至２１０−Ｎを含む。本発明の実施形態によれば、前記アンテナ部１２０は、図３に示すように、互いに異なる方向に信号を送信する複数の指向性アンテナ要素３１０−１乃至３１０−Ｎを含むこともできる。
前記送信モデム１３２は、前記アンテナ部１２０を介して受信端に送信するデータを符号化及び変調し、変調された信号をアナログ信号に変換して出力する。この時、前記送信モデム１３２は、アナログ−基底帯域信号を前記送信ＲＦチェーン１３４に送信する。

前記送信ＲＦチェーン１３４は、各アンテナ要素に信号を送信する複数のＲＦ経路を含む。この時、前記送信ＲＦチェーン１３４は、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターン及びビーム幅に応じて一部のアンテナ要素及び一部のＲＦ経路のみを使用できる。
前記送信ＲＦチェーン１３４は、前記送信モデム１３２から提供された基底帯域信号を活性化された少なくとも１つのＲＦ経路に多重化し、各ＲＦ経路で当該基底帯域信号を高周波信号に変換して前記アンテナ部１２０を介して信号を送信する。この時、前記送信ＲＦチェーン１３４は、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターンに応じてビームを形成できるように前記基底帯域信号を制御する。例えば、前記アンテナ部１２０が、図２Ａに示すように、複数の無指向性アンテナ要素２１０−１乃至２１０−Ｎを含む場合、前記送信ＲＦチェーン１３４は、各アンテナ要素のＲＦ経路を介して送信される信号の位相を変更する位相変更部２００−１乃至２００−Ｎを含む。各位相変更部２００−１乃至２００−Ｎは、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターン及びビーム幅に応じて各アンテナ要素を介して送信する信号の位相を変更する。

図３は、本発明の別の実施形態によるＲＦチェーンのブロック構成を示す。
上記図３を参照すると、前記アンテナ部１２０が複数の指向性アンテナ要素３１０−１乃至３１０−Ｎを含む場合、前記送信ＲＦチェーン１３４は、ビームパターンに応じて前記送信モデム１３２とアンテナ要素とを連結するスイッチ３００を含んで構成される。前記スイッチ３００は、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターン及びビーム幅に応じて少なくとも１つのアンテナ要素と前記送信モデム１３２とを連結する。ここで、前記スイッチ３００は、１つの送信モデム１３２と少なくとも１つのアンテナ要素とを連結できる。

前記受信ＲＦチェーン１４２は、各アンテナ要素を介して受信された高周波信号のための複数のＲＦ経路を含む。この時、前記受信ＲＦチェーン１４２は、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターン及びビーム幅に応じて一部のアンテナ要素及び一部のＲＦ経路のみを使用できる。
前記受信ＲＦチェーン１４２は、各アンテナ要素から提供された高周波信号を基底帯域信号に変換して前記受信モデム１４４に送信する。この時、前記受信ＲＦチェーン１４２は、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターンに応じてビームを形成できるように前記基底帯域信号を制御する。例えば、前記アンテナ部１２０が、図２Ｂに示すように、複数の無指向性アンテナ要素２１０−１乃至２１０−Ｎを含む場合、前記受信ＲＦチェーン１４２は、各アンテナ要素を介して受信された信号の位相を変更する位相変更部２２０−１乃至２２０−Ｎを含む。各位相変更部２２０−１乃至２２０−Ｎは、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターン及びビーム幅に応じて各アンテナ要素を介して受信された信号の位相を変更する。

本発明の実施形態によれば、前記アンテナ部１２０が、上記図３に示すように、複数の指向性アンテナ要素３１０−１乃至３１０−Ｎを含む場合、前記受信ＲＦチェーン１４２は、ビームパターンに応じて前記受信モデム１４４とアンテナ要素とを連結するスイッチ３００を含んで構成される。前記スイッチ３００は、前記ビーム選択部１１０で選択したビームパターン及びビーム幅に応じて少なくとも１つのアンテナ要素と前記受信モデム１４４とを連結する。ここで、前記スイッチ３００は、１つの受信モデム１４４と少なくとも１つのアンテナ要素とを連結できる。
前記受信モデム１４４は、前記受信ＲＦチェーン１４２を介して提供されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、復調及び復号化する。
前記送信部１３０及び受信部１４０は、１つのアンテナ部１２０を共有する、互いに異なるアンテナ部を使用するか、又は、互いに分離された装置で構成され得る。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態によるアンテナ配列による狭いビームのパターンを示す。図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態による広いビームのパターンを示す。
上記のように構成される送信端で、前記アンテナ部１２０は、図４Ａに示すように、５×５アンテナ配列で構成されることができる。この時、前記送信端は、５×５アンテナ配列を用いて、上記図４Ｂに示すように、狭いビームを形成できる。例えば、アンテナ部１２０のアンテナ要素が、図３に示すように、複数の指向性アンテナ３１０−１乃至３１０−Ｎを含む場合、前記送信端は、信号を送受信するために使用されるアンテナ要素の個数が多いほどビーム幅が広くなる。すなわち、指向性アンテナを使用する場合、前記送信端は、１つのアンテナ要素を使用する場合にビーム幅を最小化できる。よって、前記送信端は、各アンテナ要素を用いて狭いビームを形成する。
別の例として、アンテナ部１２０のアンテナ要素が、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、複数の無指向性アンテナ２１０−１乃至２１０−Ｎを含む場合、前記送信端は、使用されるアンテナの個数が多いほどビーム幅が狭くなる。よって、前記送信端は、複数のアンテナ要素の位相を変更して狭いビームを形成できる。

また、前記アンテナ部１２０が、図４Ａに示すように構成される場合、前記送信端は、同期信号及び共通制御信号を送信するために、上記図５Ａのような垂直ビームを形成できる。例えば、アンテナ部１２０のアンテナ要素が指向性アンテナで構成される場合、前記送信端は、前記アンテナ部１２０で１つの垂直列に含まれるアンテナ要素を用いて垂直ビームを生成する。すなわち、前記送信端でＢｃ１の垂直ビームを生成する場合、前記アンテナ部１２０のＡ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４１及びＡ５１のアンテナ要素のみがオンにされる。この時、前記アンテナ部１２０の残りのアンテナ要素はオフにされる。別の例として、アンテナ部１２０のアンテナ要素が無指向性アンテナで構成される場合、前記送信端は、前記アンテナ部１２０で１つの水平列に含まれるアンテナ要素を用いて垂直ビームを生成する。すなわち、前記送信端でＢｃ１の垂直ビームを生成する場合、前記アンテナ部１２０のＡ３１，Ａ３２，Ａ３３，Ａ３４及びＡ３５のアンテナ要素のみがオンにされる。この時、前記アンテナ部１２０の残りのアンテナ要素はオフにされる。

また、前記送信端は、トレーニング信号を送信するために、図４Ａに示すように構成されるアンテナ部１２０を用いて上記図５Ａのような垂直ビーム及び図５Ｂのような水平ビームを形成できる。例えば、指向性アンテナを用いて水平ビームを形成する場合、前記送信端は、前記アンテナ部１２０で１つの水平列に含まれるアンテナ要素を用いて水平ビームを生成する。すなわち、前記送信端で、図５Ｂに示すＢｒ１の水平ビームを生成する場合、前記アンテナ部１２０の図４Ａに示すアンテナ要素のうちＡ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４及びＡ１５のアンテナ要素のみがオンにされる。この時、前記アンテナ部１２０の残りのアンテナ要素はオフにされる。別の例として、無指向性アンテナを用いて水平ビームを形成する場合、前記送信端は、前記アンテナ部１２０で１つの垂直列に含まれるアンテナ要素を用いて水平ビームを生成する。すなわち、前記送信端で、図５Ｂに示すＢｒ１の水平ビームを生成する場合、前記アンテナ部１２０の図４Ａに示すアンテナ要素のうちＡ１３，Ａ２３，Ａ３３，Ａ４３及びＡ５３のアンテナ要素のみがオンにされる。この時、前記アンテナ部１２０の残りのアンテナ要素はオフにされる。

上記のように、垂直ビームを使用する場合、前記送信端は、水平方向にビーム幅が狭いため、水平方向に発生する多重経路フェージングの発生を減らして水平方向の干渉を減らすことができる。また、垂直ビームを使用する場合、受信端は、地面で反射された信号によって多重経路フェージングが発生する場合もある。しかし、地面によって反射された信号はＬＯＳ（Ｌｉｎｄ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ）信号と移動距離及び移動時間の差が小さいため、垂直ビームによる干渉の影響が非常に小さい。

以下の説明は、送信端で送信信号をビームフォーミングするための方法について説明する。
図６は、本発明の実施形態による送信端でビームフォーミングを介して信号を送信するための手順を示す。
上記図６を参照すると、送信端は、ステップ６０１にて、垂直ビームを用いて同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つを受信端に送信する。例えば、同期信号及び共通制御信号を送信する場合、前記送信端は、上記図５Ａに示すそれぞれの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５を介して同期信号及び共通制御信号を５回送信する。この時、前記垂直ビームの水平幅は狭いビームの水平幅と同じであるか、又は大きい場合もある。

次いで、前記送信端は、ステップ６０３に進み、垂直ビーム及び水平ビームを用いてトレーニング信号を送信する。例えば、前記送信端は、上記図５Ａのような５つの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５及び上記図５Ｂのような５つの水平ビームＢｒ１乃至Ｂｒ５を介してトレーニング信号を順次に送信する。この時、前記垂直ビームの水平幅は狭いビームの水平幅と同じであり、前記水平ビームの垂直幅は狭いビームの垂直幅と同じである。
前記トレーニング信号を送信した後、前記送信端は、ステップ６０５に進み、受信端からビーム選択情報が受信されたかを確認する。ここで、前記ビーム選択情報は、当該受信端の最適の狭いビームに対する情報を含む。
前記ビーム選択情報が受信された場合、前記送信端は、ステップ６０７に進み、前記受信端で選択した最適の狭いビームを介して前記受信端にデータを送信する。
次いで、前記送信端は本アルゴリズムを終了する。

上記実施形態で、送信端は、ビーム選択情報が受信されない場合、ビーム選択情報の受信を待機する。別の実施形態で、前記送信端はトレーニング信号を送信した後、基準時間内にビーム選択情報が受信されない場合、トレーニング信号を再送することもできる。
上記のように、送信端は、受信端が選択した狭いビームを介してデータを送信する。もし、前記送信端から受信端へデータを送信するためのビームを変更する場合、前記送信端は、垂直方向のビーム角度が変わるように前記送信端のビームを変更できる。この時、前記送信端は、垂直方向にビーム変化が最大になるようビームを切り替える。例えば、上記図４Ｂに示す狭いビームを使用する場合、前記送信端はＢ１ｉ→Ｂ３ｊ→Ｂ５ｋ→Ｂ２ｍ→Ｂ４ｎの順にビームを変更する。ここで、前記ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｎは、水平方向アンテナ要素のインデックスを意味する。
一方、水平方向にのみビームを切り替えることができる場合、前記送信端は、水平方向にビームの変化が最小になるようビームを切り替える。例えば、上記図５Ａに示す垂直ビームを使用する場合、前記送信端は、Ｂｃ１→Ｂｃ２→Ｂｃ３→Ｂｃ４→Ｂｃ５の順にビームを切り替える。ここで、前記ｃは、垂直方向アンテナ要素のインデックスを意味する。

以下の説明は、受信端で送信端がビームフォーミングした信号を受信するための方法について説明する。
図７は、本発明の実施形態による受信端で信号を受信するための手順を示す。
上記図７を参照すると、前記受信端は、ステップ７０１にて、送信端が垂直ビームの形態で送信した同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つの信号を受信する。例えば、前記受信端は、送信端で上記図５Ａのような垂直ビームを介して送信する同期信号及び共通制御信号を受信する。
次いで、前記受信端は、ステップ７０３に進み、トレーニング信号が受信されたかを確認する。例えば、前記受信端は、送信端が上記図５Ａのような５つの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５及び上記図５Ｂのような５つの水平ビームＢｒ１乃至Ｂｒ５を介して順次に送信するトレーニング信号が受信されたかを確認する。

トレーニング信号が受信された場合、前記受信端は、ステップ７０５に進み、垂直ビーム及び水平ビームを介して受信したトレーニング信号を介してデータ受信に使用する狭いビームを選択する。例えば、送信端で、上記図５Ａのような５つの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５及び上記図５Ｂのような５つの水平ビームＢｒ１乃至Ｂｒ５を介してトレーニング信号を送信した場合、前記受信端は、前記垂直ビームのうち最適の垂直ビームを選択し、前記水平ビームのうち最適の水平ビームを選択する。次いで、前記受信端は、最適の垂直ビームと最適の水平ビームとが重なる狭いビームを、データを受信するために使用する狭いビームとして選択する。ここで、最適の受信ビームは、前記垂直ビームのうち受信電力が最大の垂直ビームを含み、前記最適の水平ビームは、前記水平ビームのうち受信電力が最大の水平ビームを含む。

次いで、前記受信端は、ステップ７０７に進み、前記選択した狭いビームに対する情報を前記送信端に送信する。
前記狭いビームに対する情報を送信端に送信した後、前記受信端は、ステップ７０９に進み、前記送信端によって前記狭いビームを用いて送信されるデータを受信する。
次いで、前記受信端は本アルゴリズムを終了する。

図８は、本発明の別の実施形態による送信端でビームフォーミングを介して信号を送信するための手順を示す。
上記図８を参照すると、送信端は、ステップ８０１にて、垂直ビームを用いて同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つを受信端に送信する。例えば、同期信号及び共通制御信号を送信する場合、前記送信端は、上記図５Ａに示すそれぞれの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５を用いて同期信号及び共通制御信号を繰り返して送信する。この時、前記垂直ビームの水平幅は狭いビームの水平幅と同じであるか、又は大きい場合もある。

次いで、前記送信端は、ステップ８０３に進み、垂直ビーム及び水平ビームを用いてトレーニング信号を送信する。例えば、前記送信端は、上記図５Ａのような５つの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５及び上記図５Ｂのような５つの水平ビームＢｒ１乃至Ｂｒ５を介してトレーニング信号を順次に送信する。この時、前記垂直ビームの水平幅は狭いビームの水平幅と同一であり、前記水平ビームの垂直幅は狭いビームの垂直幅と同一である。
前記トレーニング信号を送信した後、前記送信端は、ステップ８０５に進み、受信端からビーム選択情報が受信されたかを確認する。ここで、前記ビーム選択情報は、当該受信端が選択した最適の垂直ビーム及び水平ビームに対する情報を含む。この時、前記最適の受信ビームは、前記受信端が受信した垂直ビームのうち受信電力が最大の垂直ビームを含み、前記最適の水平ビームは、前記受信端が受信した水平ビームのうち受信電力が最大の水平ビームを含む。

前記ビーム選択情報が受信された場合、前記送信端は、ステップ８０７に進み、前記受信端が選択した最適の垂直ビーム及び水平ビームを用いて前記受信端にデータを送信する際に使用する狭いビームを選択する。例えば、前記送信端は、前記受信端が選択した最適の垂直ビームと最適の水平ビームとが重なる狭いビームを前記受信端にデータを送信するために使用する狭いビームとして選択する。
前記受信端にデータを送信する際に使用する狭いビームを選択した後、前記送信端は、ステップ８０９に進み、上記ステップ８０７にて選択した狭いビームを介して前記受信端にデータを送信する。
次いで、前記送信端は本アルゴリズムを終了する。

上記実施形態で、送信端は、ビーム選択情報が受信されない場合、ビーム選択情報の受信を待機する。別の実施形態で、前記送信端は、基準時間内にビーム選択情報が受信されない場合、トレーニング信号を再送することもできる。
上記のように、送信端は、受信端にデータを送信するための狭いビームを選択してデータを送信する。もし、前記送信端から受信端へデータを送信するためのビームを変更する場合、前記送信端は、垂直方向のビーム角度が変わるように前記送信端のビームを変更できる。この時、前記送信端は、垂直方向にビーム変化が最大になるようビームを切り替える。例えば、上記図４Ｂに示す狭いビームを使用する場合、前記送信端はＢ１ｉ→Ｂ３ｊ→Ｂ５ｋ→Ｂ２ｍ→Ｂ４ｎの順にビームを変更する。ここで、前記ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｎは、水平方向アンテナ要素のインデックスを意味する。
一方、水平方向にのみビームを切り替えることができる場合、前記送信端は、水平方向のビーム変化が最小になるようビームを切り替える。例えば、上記図５Ａに示す垂直ビームを使用する場合、前記送信端はＢｃ１→Ｂｃ２→Ｂｃ３→Ｂｃ４→Ｂｃ５の順にビームを切り替える。ここで、前記ｃは、垂直方向アンテナ要素のインデックスを意味する。

以下の説明は、受信端で送信端がビームフォーミングした信号を受信するための方法について説明する。
図９は、本発明の別の実施形態による受信端で信号を受信するための手順を示す。
上記図９を参照すると、前記受信端は、ステップ９０１にて、送信端が垂直ビームを介して送信した同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つの信号を受信する。例えば、前記受信端は、上記図５Ａに示したような垂直ビームを介して送信端で送信する同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つの信号を受信する。

次いで、前記受信端は、ステップ９０３に進み、トレーニング信号が受信されたかを確認する。例えば、前記受信端は、送信端が上記図５Ａのような５つの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５及び上記図５Ｂのような５つの水平ビームＢｒ１乃至Ｂｒ５を介して順次に送信するトレーニング信号が受信されたかを確認する。
トレーニング信号が受信された場合、前記受信端は、ステップ９０５に進み、最適の垂直ビーム及び最適の水平ビームに対する情報を前記送信端に送信する。例えば、送信端で、上記図５Ａのような５つの垂直ビームＢｃ１乃至Ｂｃ５及び上記図５Ｂのような５つの水平ビームＢｒ１乃至Ｂｒ５を介してトレーニング信号を順次に送信した場合、前記受信端は、最適の垂直ビーム及び最適の水平ビームを選択して前記送信端に送信する。ここで、最適の受信ビームは、前記垂直ビームのうち受信電力が最大の垂直ビームを含み、前記最適の水平ビームは、前記水平ビームのうち受信電力が最大の水平ビームを含む。

次いで、前記受信端は、ステップ９０７に進み、最適の垂直ビーム及び最適の水平ビームを用いてデータ受信に使用する狭いビームを選択する。例えば、前記受信端は、最適の垂直ビームと最適の水平ビームとが重なる狭いビームを、データを受信するために使用する狭いビームとして選択する。
次いで、前記受信端は、ステップ９０９に進み、前記選択した狭いビームに対する情報を前記送信端に送信する。
前記狭いビームに対する情報を送信端に送信した後、前記受信端は、ステップ９０９に進み、前記狭いビームを介してデータを受信する。
次いで、前記受信端は、本アルゴリズムを終了する。

以下の説明は、送信端から信号を受信するための受信端の構成について説明する。
図１０は、本発明による受信端のブロック構成を示す。
上記図１０を参照すると、受信端は、デュプレクサ１００１、受信部１００３、制御部１００５、ビーム選択部１００７及び送信部１００９を含む。
前記デュプレクサ１００１は、デュプレックス方式に従って、前記送信部１００９から提供された送信信号をアンテナを介して送信し、アンテナからの受信信号を受信部１００３に提供する。

前記受信部１００３は、前記デュプレクサ１００１から提供された高周波信号を基底帯域信号に変換して復調する。例えば、前記受信部１００３は、ＲＦ処理ブロック、復調ブロック、チャネル復号ブロック及びメッセージ処理ブロックなどを含むことができる。前記ＲＦ処理ブロックは、前記デュプレクサ１００１から提供された高周波信号を基底帯域信号に変換して出力する。前記復調ブロックは、前記ＲＦ処理ブロックから提供された信号に対するＦＦＴ演算を介して各副搬送波に載せられたデータを抽出する。前記チャネル復号ブロックは、復調器、デインターリーバ及びチャネルデコーダなどで構成される。前記メッセージ処理ブロックは、受信信号から制御情報を抽出して前記制御部１００５に提供する。
前記制御部１００５は、前記受信端の全般的な動作を制御する。例えば、前記制御部１００５は、データを受信するためのビームを選択するように前記ビーム選択部１００７を制御する。

前記ビーム選択部１００７は、送信端からトレーニング信号を受信した複数の垂直ビームのうち最適の垂直ビームを選択し、トレーニング信号を受信した複数の水平ビームのうち最適の水平ビームを選択する。例えば、前記ビーム選択部１００７は、受信電力が最大の垂直ビームを最適の垂直ビームとして選択し、受信電力が最大の水平ビームを最適の水平ビームとして選択する。
次いで、前記ビーム選択部１００７は、最適の垂直ビームと最適の水平ビームが重なる狭いビームを、データを受信するための最適のビームとして選択する。
前記送信部１００９は、前記送信端に送信するデータ及び制御メッセージを符号化及び高周波信号に変換して前記デュプレクサ１００１に送信する。例えば、前記送信部１００９は、メッセージ生成ブロック、チャネル符号ブロック、変調ブロック及びＲＦ処理ブロックなどを含むことができる。

前記メッセージ生成ブロックは、前記ビーム選択部１００７で選択した狭いビームに対する情報を含む制御メッセージを生成する。例えば、前記メッセージ生成ブロックは、前記ビーム選択部１００７で選択した狭いビーム情報を含む制御メッセージを生成する。別の例として、前記ビーム選択部１００７で選択した最適の垂直ビーム及び水平ビームに対する情報を含む制御メッセージを生成する。
前記チャネル符号ブロックは、変調器、インターリーバ及びチャネルエンコーダなどを含む。前記変調ブロックは、ＩＦＦＴ演算を介して前記チャネル符号ブロックから提供された信号を各副搬送波にマッピングする。前記ＲＦ処理ブロックは、前記変調ブロックから提供された基底帯域信号を高周波信号に変換して前記デュプレクサ１００１に出力する。

上記のように、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおいて、水平方向の幅が狭く垂直方向の幅が広いビームを使用して同期信号及び共通制御信号を送信することによって、同期信号及び共通制御信号を送信する回数を減らして狭いビームを介して同期信号及び共通制御信号を繰り返して送信することによって発生するオーバーヘッド及び干渉を減らすことができる利点がある。
また、前記無線通信システムにおいて、水平方向の幅が狭く垂直方向の幅が広いビーム及び水平方向の幅が広く垂直方向の幅が狭いビームを用いてトレーニング信号を送信することによって、トレーニング信号を送信する回数を減らして狭いビームを介してトレーニング信号の送信することによって発生するオーバーヘッド及び干渉を減らすことができる利点がある。

また、前記無線通信システムにおけるビーム変更の際、垂直方向の角度が異なるビームを選択してビームを変更することによって、ビーム変更によって発生する干渉を減らすことができる利点がある。
また、前記無線通信システムの送信端で同時に複数のビームを介して信号を送信する場合、垂直方向に角度が同じビームを同時に使用しないことにより、複数のビームを介して同時に信号を送信する際に発生する干渉を減らすことができる利点がある。

本発明の特許請求の範囲又は発明の詳細な説明に記載された実施形態による方法は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせの形態に具現（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ）され得る。
ソフトウェアとして具現する場合、１つ以上のプログラム（ソフトウェアモジュール）を保存するコンピュータ読取可能記録媒体が提供され得る。コンピュータ読取可能記録媒体に保存される１つ以上のプログラムは、電子装置（ｄｅｖｉｃｅ）内の１つ以上のプロセッサによって実行可能に構成される（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｆｏｒ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ）。１つ以上のプログラムは、電子装置が本発明の特許請求の範囲又は発明の詳細な説明に記載された実施形態による方法を実行するようにする命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）を含む。

このようなプログラム（ソフトウェアモジュール、ソフトウェア）は、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュ（ｆｌａｓｈ）メモリを含む不揮発性（ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｌｅ）メモリ、ロム（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク保存装置（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｉｓｃ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｖｉｃｅ）、コンパクトディスクロム（ＣＤ−ＲＯＭ：Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−ＲＯＭ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤｓ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃｓ）又は他の形態の光学保存装置、マグネティックカセット（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃａｓｓｅｔｔｅ）に保存されることができる。又は、これらの一部又は全部の組み合わせで構成されたメモリに保存されることができる。また、それぞれの構成メモリは複数個が含まれることもできる。

また、前記プログラムは、インターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）、イントラネット（Ｉｎｔｒａｎｅｔ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＬＡＮ（Ｗｉｄｅ ＬＡＮ）、又はＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のような通信ネットワーク、又はこれらの組み合わせで構成された通信ネットワークを介してアクセス（ａｃｃｅｓｓ）可能な脱着可能な（ａｔｔａｃｈａｂｌｅ）保存装置（ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｖｉｃｅ）に保存されることができる。このような保存装置は、外部ポートを介して本発明の実施形態を行う装置に接続できる。また、通信ネットワーク上の別途の保存装置が本発明の実施形態を行う装置に接続することもできる。

一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能である。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されて定められてはならず、添付された特許請求の範囲のみでなくこの特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

１００ 制御部
１１０ ビーム選択部
１２０ アンテナ部
１３０ 送信部
１３２ 送信モデム
１３４ 送信ＲＦチェーン
１４０ 受信部
１４２ 受信モデム
１４４ 受信ＲＦチェーン
２００−１，２００−２，２００−Ｎ 位相変更部
２１０−１，２１０−２，２１０−Ｎ 無指向性アンテナ要素
２２０−１，２２０−２，２２０−Ｎ 位相変更部
３００ スイッチ
３１０−１，３１０−２，３１０−Ｎ 指向性アンテナ要素
１００１ デュプレクサ
１００３ 受信部
１００５ 制御部
１００７ ビーム選択部
１００９ 送信部

Claims (15)

1. 複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムの送信端で信号を送信するための方法であって、
   複数の第１ビーム及び複数の第２ビームを用いてトレーニング信号を送信する段階と、
   複数の第３ビームのうち少なくとも１つの第４ビームを用いてユーザ制御情報及びデータのうち少なくとも１つを送信する段階と、を含み、
   前記複数の第１ビームは、水平方向の幅は狭く、垂直方向の幅は広い形態のビームを意味し、
   前記複数の第２ビームは、水平方向の幅は広く、垂直方向の幅は狭い形態のビームを意味し、
   前記複数の第３ビームは、水平方向の幅は狭く、垂直方向の幅は狭い形態のビームを意味する方法。
2. 前記トレーニング信号を送信する前に、前記第１ビームを用いて同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つを送信する段階をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の第１ビーム及び前記複数の第３ビームは、水平方向の幅が同じであり、
   前記複数の第２ビームは、前記複数の第３ビームと垂直方向の幅が同じである請求項１に記載の方法。
4. 前記ユーザ制御情報及び前記データのうち少なくとも１つを送信する段階は、
   受信端からビーム選択情報が受信された場合、前記ビーム選択情報で前記受信端が選択した第４ビームを確認する段階と、
   前記受信端が選択した第４ビームを用いてユーザ制御情報及びデータのうち少なくとも１つを送信する段階と、を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記ユーザ制御情報及び前記データのうち少なくとも１つを送信する段階は、
   受信端からビーム選択情報が受信された場合、前記ビーム選択情報に含まれた前記受信端が選択した複数の第１ビーム及び複数の第２ビームを用いて前記複数の第３ビームのうちいずれか１つの第４ビームを選択する段階と、
   前記第４ビームを用いてユーザ制御情報及びデータのうち少なくとも１つを送信する段階と、を含む請求項１に記載の方法。
6. 前記ユーザ制御情報及び前記データのうち少なくとも１つを送信するビームを変更する場合、ビームの方向が垂直方向で異なる第５ビームを選択する段階と、
   前記選択した第５ビームにビームを変更する段階と、をさらに含む請求項１に記載の方法。
7. 前記ユーザ制御情報及び前記データのうち少なくとも１つを送信する段階は、
   複数の第４ビームを用いて複数の受信端に同時に信号を送信する場合、前記複数の第３ビームのうちビーム方向が垂直方向で異なる複数の第４ビームを選択して複数の受信端に同時に前記ユーザ制御情報及びデータのうち少なくとも１つを送信する段階を含む請求項１に記載の方法。
8. 複数のアンテナビームを構成可能な無線通信システムの受信端で信号を受信するための方法であって、
   送信端からトレーニング信号を受信した複数の第１ビーム及び複数の第２ビームのうちいずれか１つの第３ビーム及びいずれか１つの第４ビームを選択する段階と、
   前記第３ビーム及び前記第４ビームを用いて複数の第５ビームのうちいずれか１つの第６ビームを選択する段階と、を含み、
   前記複数の第１ビームは、水平方向の幅は狭く、垂直方向の幅は広い形態のビームを意味し、
   前記複数の第２ビームは、水平方向の幅は広く、垂直方向の幅は狭い形態のビームを意味し、
   前記複数の第５ビームは、水平方向の幅は狭く、垂直方向の幅は狭い形態のビームを意味する方法。
9. 前記トレーニング信号を受信する前に、前記複数の第１ビームのうちいずれか１つの第７ビームを介して前記送信端が送信した同期信号及び共通制御信号のうち少なくとも１つを受信する段階をさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の第１ビーム及び前記複数の第５ビームは、水平方向の幅が同じであり、
    前記第２ビームは、前記第５ビームと垂直方向の幅が同じである請求項８に記載の方法。
11. 前記第３ビーム及び前記第４ビームを選択した後、前記第３ビーム及び前記第４ビームに対する情報を前記送信端に送信する段階をさらに含む請求項８に記載の方法。
12. 前記第６ビームを選択する段階は、
    前記複数の第５ビームのうち前記第３ビーム及び前記第４ビームが重なる部分のビームを前記第６ビームとして選択する段階を含む請求項８に記載の方法。
13. 前記第６ビームに対する情報を前記送信端に送信する段階をさらに含む請求項８に記載の方法。
14. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法を実施するように構成された送信端装置。
15. 請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の方法を実施するように構成された受信端装置。

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