KR100946288B1 - 다점 통신 환경에서의 빔 형성 시스템 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

다점 통신 환경에서의 빔 형성 시스템 및 관련 방법이 제공되었다. 본 발명의 한 특징에 따라, 무선 통신 시스템에서 복수의 타겟 각각과 관련된 하나 이상의 공간 시그너처 속성을 식별하는 단계, 및 식별된 상기 하나 이상의 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 복수의 타겟 중 하나 이상을 클러스터에 할당하는 단계를 포함하되, 상기 클러스터에 분포된(populating) 상기 타겟은 각각 무선 통신 채널을 공유하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공되었다.
무선 통신 시스템, 타겟, 공간 시그너처 속성, 클러스터, 무선 통신 채널, 복합 공간 시그너처 거리 차이, 앵커, 임계치, 내적, 외적, 풀, 송신기 수신기, 빔 형성 엔진, 클러스터링 엔진, 단말기.

Description

다점 통신 환경에서의 빔 형성 시스템 및 관련 방법{A SYSTEM AND RELATED METHODS FOR BEAMFORMING IN A MULTI-POINT COMMUNICATIONS ENVIRONMENT}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다점 통신 환경에서 빔 형성용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 새로운 것은 아니다. 실제로, 2-방향 무선 기술은 비록 그 후속적 셀룰라 전화 시스템이 1970년대 초에 처음으로 도입되었지만 20세기의 초로 거슬러 올라간다. 종래의 무선 통신 시스템에서, 무선 통신국은 무선 통신 링크를 경유하여 원격 통신 장치(예로서, 무선 가입자 유닛, 이동 컴퓨팅 장치, 등)를 사용하여 무선 통신을 편리하게 한다. 기술이 발달하고 또한 그러한 무선 통신 장치를 소유하고 사용하는 것에 관련된 비용이 감소됨에 따라, 무선 전화 시스템의 인기가 폭발하였다. 이러한 성장을 가입자 베이스에 수용하기 위해서, 셀룰라 시스템에서 발생된 무선 주파수(RF) 전력의 상당한 증가 없이 셀루라 시스템의 용량을 증가시키기 위해서 디지털 셀룰라 기술이 개발되었고 표준화되었다.
초기에는, 개별 통신 채널이 반송파 주파수, 즉, 소위 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 무선 시스템으로서 정의되었다. 더욱 최근에는, 여러 가지 다른 디지털 통신 기술이 도입되었고 여러 가지 무선 통신 시스템 구조를 위한 베이스를 제공한 다. 디지털 무선 기술의 두 가지 주요 예는 시분할 다중 접속(TDMA) 및 코드 분할 다중 접속(CDMA) 기술이다.
TDMA 시스템에서, 반송파 주파수는 시간 슬롯이라고 지칭되는 시간의 독립 증분 단위로 분해되는데, 반송파 주파수에서의 각각의 시간 슬롯은 가입자 유닛(또는 핸드셋)과 통신국(또는 기지국) 사이의 독립적 통신 세션을 지원한다. 즉, 종래의 아날로그(FDMA) 통신 시스템에서의 통신 채널이 일반적으로 그 반송파 주파수에 의해 정의되는 반면에, TDMA 시스템에서의 통신 채널은 특정 반송파 주파수 상의 시간 슬롯에 의해 정의된다. 주어진 반송파 주파수를 N개의 독립적 시간 슬롯으로 분할하면, 종래의 FDMA 시스템에 대해 시스템 용량은 N배 증가하면서도, 방사된 전력은 근소한 증가만 있을 뿐이다. 실제로, 2배 내지 8배의 용량의 증가가 달성되었다. CDMA 시스템에서, 통신 채널은 가입자 유닛과 통신국 사이에서 보내어진 디지털 통신 패킷의 헤더 내에 포함된 의사-잡음(PN) 코드에 의해 정의된다. 시스템 용량을 더욱 강화하기 위해서, CDMA 시스템은 통신 채널(PN 코드에 의해 정의된다)이 무선 주파수(또는 더 높은) 스펙트럼의 할당된 대역 상에서 다수의 반송파 주파수 중 임의의 반송파 주파수를 통해 도약하는 확산-스펙트럼 시스템이다.
본 기술분야에 익숙한 자는, 특히 하나 이상의 엔티티의 위치가 제어되지 않고 이동될 때, 임의의 2개의 통신하는 엔티티 사이의 무선 통신 링크가 종종 통신 체인의 가장 약한 부분이라는 것을 이해할 것이다. 그러한 상황 하에서, 무선 링크는 엔티티 사이의 거리가 증가하거나 신호 전파의 물리적 경로에 장애가 발생함에 따라 약하게 될 수 있다. 더욱이, 상기 논의된 다중 접속 통신 시스템(예로서, FDMA, TDMA, CDMA, 등)에서, 반송파 주파수 재사용이 다수의 지리적으로 분산된 유저 사이의 통신 세션을 지원하기 위해 사용된다. 그러한 동일 채널 유저는 그들의 각각의 통신 세션이 서로 간섭하지 않도록 충분한 거리로 지리적으로 분리되는 것으로 가정된다. 주파수 재사용에서 지리적 분리의 이러한 구속은 시스템의 용량을 제한하고, 종종 간섭에 대한 불완전한 보호이다.
적응 어레이 기술은 하나 이상의 엔티티로부터의 무선 송신에 대하여 다중 안테나를 이용하고, RF 에너지를 소망 수령인에게 향하고 동일 채널 유저로부터 멀리 공간적으로 배향시키기 위해서 어레이 내의 각각의 안테나로부터 송신된 신호의 상대적 위상 및 진폭 중 하나 이상을 제어함으로써 그러한 무선 주파수(RF) 네트워크에서의 성능을 증가시켰다.
이 기술은 통신 링크가 종래의 2-방향 통신 시스템에서와 같이 점-대-점 링크, 즉, 단일 유저 단말기와 기지국 사이의 통신에 전용으로 사용되는 무선 통신 채널일 때 매우 효율적이다. 그러나, 점점 증가하는 많은 수의 무선 통신 구현에서, 통신 링크의 하나 이상의 의도된 수령자가 있고, 수령자는 각각 신호를 수신할 수 있어야 한다. 그러한 구현의 예는 일반적 패킷 무선 서비스 또는 GPRS이다.
본 기술분야에 익숙한 자는 원래 구상된 대로의 GPRS는 TDMA-기반 무선 통신 시스템 상에서 구현되는데, 8개까지의 다른 유저가 통신 채널을 선택적으로 공유할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 엔드-유저의 관점으로부터 보면, GPRS-이네이블된 통신국에 의해 관리되는 GPRS 서비스는 TDMA 시스템의 회선 교환 통신 자원을 사용하는 가상 패킷-교환 네트워크를 제공한다. 본 기술분야에 익숙한 자는 GPRS와 같 은 패킷-기반 통신 시스템이 통신 링크를 경유하여 서비스에 대한 소위 "항상 온 됨(always on)" 접속을 편리하게 한다는 것을 이해할 것이다. 종래의 적응 어레이 기술이 점-대-점 통신 링크와 관련해서 도출되었기 때문에, 2-방향 다점 또는 "방송" 시스템은 적응 어레이 기술의 구현에 적합하지 않다고 생각되었다.
따라서, 방송 무선 통신 시스템에서 적응 어레이 기술을 가능하게 하고 종래 기술의 방송 시스템과 일반적으로 관련된 제한에 의해 방해받지 않는 시스템 및 관련 방법이 요구된다. 바로 그러한 시스템 및 관련 방법이 아래에 기술된다.
다점 통신 환경에서의 빔 형성 시스템 및 관련 방법이 제공되었다. 본 발명의 한 특징에 따라, 무선 통신 시스템에서 복수의 타겟 각각과 관련된 하나 이상의 공간 시그너처 속성을 식별하는 단계, 및 식별된 상기 하나 이상의 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 복수의 타겟 중 하나 이상을 클러스터에 할당하는 단계를 포함하되, 상기 클러스터에 분포된(populating) 상기 타겟은 각각 무선 통신 채널을 공유하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공되었다.
도 1은 예시적 무선 통신 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 교시를 합체하는 유저 단말기 및 통신국에 사용하기에 적합한 혁신적 다점 통신 에이전트를 포함하는 예시적 송수신기의 블록도이다.
도 3은 다점 통신 환경에 사용하기에 적합한 예시적 데이터그램을 도시한다.
도 4는 다점 통신 에이전트에 의해 사용되기에 적합한 예시적 데이터 구조를 도시한다.
도 5는 본 발명의 한 특징에 따라 다점 통신 환경에서의 빔 형성의 예시적 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 한 특징에 따라 빔 형성의 목적으로 동적으로 타겟을 클러스터링하는 예시적 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 빔 형성의 목적으로 동적으로 타겟을 클러스터링하는 예시적 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 한 특징에 따른 이중(dual) 빔 형성의 예시적 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 한 특징에 따라 송수신기로부터 클러스터를 형성하는 동적으로 선택된 세트의 타겟으로의 무선 통신 링크를 나타내는 빔을 도시한다.
도 10은 본 발명의 한 특징에 따라 송수신기로부터 적어도 2개의 클러스터로의 무선 통신 링크를 나타내는 이중 빔을 도시한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 실행될 때, 액세싱 머신이 본 발명의 혁신적 통신 에이전트의 하나 이상의 특징을 구현하게 하는 복수의 실행 가능한 명령을 포함하는 예시적 저장 매체의 블럭도이다.
본 발명은 다점 통신 환경에서 빔을 형성하는 시스템 및 관련 방법에 관한 것인데, 즉, 다중 타겟이 물리적 통신 자원을 동적으로 공유한다. 한 실시예에 따라, 본 발명의 교시는 TDMA 시스템 무선 통신 시스템 상에서 구현된 GPRS 시스템과 관련하여 설명된다. 이러한 점에서, 아래에서 더욱 충분히 설명될 본 발명의 한 특징에 따라, 하나 이상의 클러스터링 엔진을 포함하는 다점 통신 에이전트가 소개되고, 빔 형성 엔진이 설명된다. 아래에서 더욱 충분히 설명될 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진은 통신 링크가 의도되는 하나 이상의 타겟의 공간 시그너처 속성을 분석하기 위해 선택적으로 소환된다. 공간 시그너처 속성이 주어지면, 타겟은 클러스터로 그룹핑되고, 클러스터 공간 시그너처가 형성된다.
일단 클러스터 공간 시그너처가 형성되면, 송신측 통신 엔티티와 클러스터의 타겟 사이에 통신 링크 빔을 설정하기 위해서 송신된 신호에 인가되는 가중치를 생성하기 위해 빔 형성 엔진이 선택적으로 소환된다. 본 발명의 다른 특징에 따라, 빔 형성 엔진은 공간 시그너처에 관한 몇가지 정보가 있고 동일한 신호의 동시 송신이 요구되는 타겟들에 대한 다중-노드 무선 통신 링크를 선택적으로 생성한다. 한 실시예에 따라, 빔 형성 엔진은 무선 통신 링크의 동시 수신으로부터 이득을 얻을 수 있는 다중 타겟을 식별하고, 식별된 타겟 각각에 대한 통신 링크를 설정하기 위해서 다중-노드 빔을 생성하기 위해 가중치(어레이 내의 각각의 안테나와 관련됨)를 생성한다. 본 기술분야에 익숙한 자는 본 발명의 교시가 무선 데이터 서비스 환경에서의 적응 안테나 기술을 촉진하고, 이러한 점에서 GPRS 데이터 서비스 시스템에서의 구현에 적합하다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "한 실시예" 또는 "실시예"라는 용어는 그 실시예와 관련하여 기술된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 뜻한다. 따라서, 본 명세서의 여러 곳에서 "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 문구가 나타나면 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방법으로 결합될 수 있다.
예시적 무선 통신 시스템
도 1은 본 발명의 교시가 본 발명의 한 실시예에 따라 양호하게 실시될 수 있는 예시적 통신 시스템(100)의 블록도를 제공한다. 도 1에 도시된 실시예에 따라, 통신 시스템(100)은 각각 하나 이상의 무선 통신 링크(110, 112)를 통해 무선 통신국(114)에 결합되는 하나 이상의 유저 단말기(106, 108)를 포함하는 적어도 하나의 무선 통신 시스템을 포함한다. 한 실시예에 따라, 무선 통신 시스템 콤포넨트(102)는 무선 가입자 유닛(118, 120)과의 통신을 편리하게 하기 위해서 하나 이상의 무선 네트워크(104)에 결합된다. 또한, 무선 통신 시스템(102)은 예로서 데이터 서비스 제공자(124)로부터의 향상된 데이터 서비스의 공급을 편리하게 하기 위해 하나 이상의 데이터 네트워크(122)에 결합될 수 있다.
한 실시예에 따라, 무선 통신 시스템(102)은 무선 통신 서비스의 공급에 시분할 다중 접속(TDMA) 통신 프로토콜을 이용하는데, 통신 채널은 반송파 주파수 내의 시간 슬롯으로서 정의된다. 통신 엔티티(106, 108, 114) 사이의 무선 통신을 편리하게 하기 위해, 그러한 엔티티는 각각 수신기 내에 결합될 수 있는 적어도 하나의 송신기와 수신기를 포함한다. 도시된 바와 같이, 통신 엔티티 중 어떤 것은 다중 동시 통신 링크를 편리하게 하기 위해 예로서 송수신기(116A...N)를 가진 통신국(114)과 같이 복수개의 송수신기를 포함할 수도 있다. 무선 음성 데이터 서비스 의 공급에 추가하여, 무선 통신 시스템(102)은 TDMA 패러다임에 따른 일반적인 패킷 무선 서비스(GPRS)와 같은 향상된 데이터 서비스를 공급할 수 있게 된다. 본 기술분야에 익숙한 자는, 본 발명의 특징이 GPRS를 제공하는 TDMA-기반 무선 통신 시스템과 관련하여 기술되지만, 본 발명의 교시는 본 발명의 정신 및 범위를 이탈함이 없이 여러 가지 다중 접속 무선 기술(예로서, FDMA, CDMA, 등) 중 임의의 것을 사용하여 복수의 타겟에 대한 임의의 정보(데이터, 음성, 등)의 공급에 더욱 넓게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용되듯이, 유저 단말기(106, 108)는 예로서 무선 전화 가입자 유닛, 무선-이네블된 컴퓨팅 장치, 등을 포함하여 무선 통신을 위해 구성된 다양한 전자 장치 중 임의의 것을 나타내도록 의도되었다. 한 실시예에 따라, 하나 이상의 단말기(106, 108)에는 복수의 타겟(2-방향 통신이 설정된 엔티티)과의 2-방향 무선 통신 링크를 설정하기 위해서 아래에 더욱 상세하게 논의되는 다중-점 통신 에이전트가 제공된다.
유사하게, 통신국(114)(기지국이라고도 지칭된다)은 적어도 TDMA 무선 통신을 지원하는 다양한 통신국 중 임의의 것을 나타내도록 의도되었다. 도시되듯이, 통신국(114)에는 무선 통신 링크를 사용하여 다른 통신 엔티티(예로서, 가입자 유닛, 무선 전자 장치, 다른 기지국, 등)와의 무선 통신을 편리하게 하기 위해서 하나 이상의 무선 송수신기(송신기/수신기 결합)가 제공된다. 도시된 실시예에 따라, 그러한 TDMA 송수신기(116A...N) 중 적어도 하나는 TDMA 송수신기이다. 한 실시예에 따라, 적어도 하나의 TDMA 송수신기는 하나 이상의 요청하는 유저 단말기(106, 108)에 대하여 일반적 패킷 무선 서비스를 지원하기 위해 GPRS 설비를 포함한다.
도 1에 도시된 종래의 점-대-점 통신 링크(110, 112)에 추가하여, 무선 통신 시스템(102)의 통신 엔티티(예로서, 통신국, 유저 단말기, 등) 중 어떤 것은 하나 이상의 타겟을 각각 포함하는 하나 이상의 클러스터에 대해 통신 링크 빔을 설정하기 위해 다점 통신 자원을 포함한다. 즉, 아래에서 더욱 상세히 기술되고 설명되듯이, 무선 유저 단말기(106, 108) 및 통신국(114)을 포함하는 하나 이상의 송수신기가 각각의 클러스터용 공간 시그너처에 따라 발생된 통신 링크 빔을 사용하여 하나 이상의 클러스터로의 동시 송신을 편리하게 하기 위해 다점 통신 에이전트를 포함한다. 한 실시예에 따라, 아래에서 설명된 다점 통신 에이전트는 각각 데이터 네트워크(122)와 통신국(114)을 통해 예로서 데이터 서비스 제공자(124)로부터 유저 단말기(106, 108)로의 일반적 패킷 무선 서비스(GPRS) 데이터 서비스를 편리하게 한다.
예시적 무선 통신 시스템 송수신기
위에서 동작 환경을 기술하였으며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 혁신적인 다점 통신 에이전트를 합체한 예시적 통신 시스템 송수신기(200)의 블록도를 도시한다. 도 2에 도시된 실시예에 따라, 콘트롤 로직(202), 메모리(204), 적어도 하나의 송신기(206), 적어도 하나의 수신기(208), 클러스터링 엔진(212)과 빔 형성 엔진(214)을 포함하는 다점 통신 에이전트(210), 하나 이상의 안테나(216A...N), 및 옵션으로서 하나 이상의 응용(209)을 포함하는 송수신기가 도시되었는데, 각각은 도시된 바와 같이 결합된다. 그러나, 다점 통신 에이전트와 그 구성 요소의 설명을 위해서, 송수신기(200)는 본 기술분야에 공지된 다양한 송수신기 시스템 중 임의의 것을 나타내도록 의도되었다. 이러한 점에서, 송수신기(200)는 유저 단말기(예로서, 106, 108) 및 통신국(예로서, 114) 내에 통합될 수 있다. 위에서 설명되고 도시된 실시예에 따라, 송수신기(200)는 TDMA 송수신기이며 GPRS 설비를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 송수신기(200)는 FDMA 및 CDMA 송수신기이다.
본 명세서에 사용되듯이, 콘트롤 로직(202)은 송수신기(200)의 전체 동작을 제어한다. 한 실시예에서, 예로서 통신국(114) 내에서, 콘트롤 로직(202)은 고차 응용 또는 콘트롤 로직에 응답할 수 있다. 다른 실시예에서, 예로서 유저 단말기 내에서, 콘트롤 로직(202)은 고차 응용, 콘트롤 로직에 응답할 수 있거나, 또는 유저 입력에 직접 응답할 수 있다. 어느 경우에도, 콘트롤 로직(202)은 송수신기의 통신 자원을 제어하여 하나 이상의 타겟 및 타겟의 하나 이상의 클러스터와의 무선 통신 링크를 설정한다. 이러한 점에서, 콘트롤 로직(202)은 예로서 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러, 프로그래머블 로직 장치(PLD), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 등과 같이 본 기술분야에 공지된 다양한 콘트롤 로직 중 임의의 것을 나타내도록 의도되었다. 또는, 콘트롤 로직(202)은 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 여기에서 기술되는 콘트롤 특징을 구현하는 콘텐츠일 수 있다.
응용(209)은 어떤 기능을 수행하기 위해 콘트롤 로직(202)에 의해 실행 가능한 복수의 콘텐츠 중 임의의 것을 나타내도록 의도되었다. 이러한 점에서, 응용(209)은 실행되었을 때 송수신기에 무선 통신 특징을 제공하고거나 송수신기의 다중 접속 방법(예로서, TDMA, CDMA, 등)을 정의하는 일련의 실행 가능한 명령을 나타낼 수도 있다. 다른 실시예에서, 다점 통신 에이전트(210), 예로서 클러스터링 엔진(212) 또는 빔 형성 엔진(214)의 특징은 일련의 실행가능한 명령으로서 실현되고, 따라서 일반적으로 응용(209)으로서 표시된다. 본 발명의 교시가 그러한 응용(209) 없이 실시될 수도 있다는 것은 명백할 것이다.
메모리(204) 역시 본 기술분야에 공지된 다양한 메모리 및 기억 장치 중 임의의 것을 나타내도록 의도되었다. 한 실시예에 따라, 메모리(204)는 메모리 콘트롤러 및 하나 이상의 휘발성 및 비휘발성 메모리 장치(구체적으로 표시되지 않음)를 포함하는 메모리 시스템을 나타내도록 의도되었다. 한 실시예에 따라, 아래에서 더욱 상세히 설명되듯이, 메모리(204)는 다점 통신 에이전트(210)의 다점 통신 설비를 가능하게 하는 정보를 포함하는 데이터 구조를 유지한다. 메모리(204)는 또한 송수신기(200)의 다른 통신 자원 및 응용(209)을 지원하는 데에 사용될 수 있다.
그러나, 다점 통신 에이전트(210)와의 상호 동작을 위해서, 송신기(206)와 수신기(208)는 각각 본 기술분야에서 공지된 그러한 장치 또는 시스템을 나타내도록 의도되었다. 이러한 점에서, 송신기(206)는 송신될 정보를 콘트롤 로직(202)을 통해 입/출력 장치(구체적으로 표시되지 않음)로부터 수신하고, 이용된 통신 방법에 따라 그 정보를 처리하며, 그 정보를 하나 이상의 안테나(216)를 통해 원격 타겟으로 송신한다. 수신기(208)는 송신된 신호를 안테나(216)를 거쳐 수신하고, 수신된 신호를 처리하여 기저대역 신호를 생성하는데, 기저대역 신호는 콘트롤 로직(202)을 거쳐 입/출력 장치(도시되지 않음)에 제공된다. 위에서 설명된 도시된 실시예에 따라, 송신기(206) 및 수신기(208)는 각각 TDMA 송신기 및 수신기를 나타내도록 의도되었다. 상기 설명되었듯이, 다점 통신 에이전트(210)는 송수신기가 단일 통신 채널{예로서, 하향 링크 채널(시간 슬롯/주파수)} 상에서 복수의 타겟(예로서, 다점 통신)과 통신할 수 있게 한다. 도시된 실시예에 따라, 하나 이상의 클러스터링 엔진(212)과 빔 형성 엔진(214)을 포함하는 다점 통신 에이전트(210)가 제공된다. 상술된 다점 통신을 편리하게 하기 위해, 다점 통신 에이전트(210)는 한 세트의 타겟(예로서, 유저 단말기, 통신국, 등)을 식별하고, 타겟을 클러스터로 그룹핑하며, 클러스터용 공간 시그너처를 생성한다. 일단 공간 시그너처가 결정되면, 다점 에이전트(210)는 타겟 클러스터 내의 각각의 타겟에 공통 신호를 송신하기 위해 무선 통신 링크 패턴을 형성한다. 아래에서 더욱 상세히 설명될 본 발명의 한 특징에 따라, 다중 로브(multi-lobe) 빔 패턴이 생성되는데, 하나(또는 그 이상)의 로브는 통신 채널 상에서 현재의 신호의 의도된 수령자에게 전용으로 사용되고, 다른 로브는 통신 채널의 다음 순간의 신호의 수령자에게 전용으로 사용된다. 상기 설명된 도시된 실시예에 따라, 다점 통신 에이전트(210)는 복수의 타겟을 위한 향상된 데이터 서비스를 편리하게 한다. 따라서, 제한하기 위한 것이 아니고 설명을 위해서, 본 발명의 교시가 무선 통신 채널을 사용하여 타겟으로의 GPRS 서비스의 공급하는 것과 관련하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러한 실시예에서, 8개까지의 타겟이 TDMA 구현의 많은 수의 반송파 주파수의 8개의 시간 슬롯 중에서 동일한 시간 슬롯/주파수를 공유할 수 있다. 본 기술분야에 익숙한 자는 다음의 설명으로부터 본 발명의 교시가 예로서 FDMA 및 CDMA 구조와 같은 다른 무선 통신 방법에 용이하게 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 신호의 의도된 타겟을 식별하고, 그 의도된 타겟을 의도된 타겟의 특정 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 클러스터로 그룹핑한다. 한 실시예에 따라, 공간 시그너처 속성은 주어진 타겟으로부터의 신호의 도착 각도(angle of arrival)를 포함한다. 다른 아마도 더욱 진보된 실시예에서, 타겟의 성능 특성이 안테나(216)에서 측정되고, 클러스터링 엔진(212)에 의해 공간 시그너처 속성으로서 사용된다. 공간 시그너처 속성이 주어지면, 클러스터링 엔진(212)은 어느 타겟이 서로 가장 가까운지를 결정하고, 그러한 타겟을 가까운 공간 시그너처를 가진 클러스터로 그룹핑한다. 타겟의 각각의 클러스터 내에서, 클러스터링 엔진(212)은 전체로서 클러스터용 공간 시그너처를 생성하고, 클러스터 내의 타겟에 대한 빔 패턴을 생성하기 위해 빔 형성 엔진(214)에 의해 적용되는 신호 "가중치"를 생성한다. 즉, 클러스터링 엔진은 여러 유저/타겟용 공간 시호를 생성한다. 시간이 경과함에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내의 타겟을 동일 물리적 채널에 할당 및 재할당하고, 다른 클러스터 내의 타겟을 다른 물리적 채널에 할당한다. 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 여러 개의 클러스터 내의 타겟의 공간 시그너처 속성을 계속적으로 모니터링하고, 타겟의 공간 시그너처 속성이 클러스터링 엔진(212)의 원래의 물리적 채널을 공유하는 타겟보다 클러스터링 엔진(212)이 점유하는 타겟의 클러스터에 상당히 가까워지면 그 타겟을 다른 물리적 채널에 재할당한다. 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 향상된 데이터 서비스(예로서, GPRS 서비스)의 공급에 적용된 물리적 채널의 수를 수정하고, 그에 따라 클러스터 그룹핑을 수정할 수 있다. 클러스터링 엔진(212)의 특징을 일반적으로 설명하였으므로, 본 기술분야에 익숙한자는 본 발명의 대체적인 프로세스가 실시될 수 있는 방법이 여러 가지 있을 수 있다는 것을 이해할 것이며, 두 가지 그러한 프로세스가 도 6 및 도 7을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명된다.
일단 타겟의 클러스터가 형성되면, 콘트롤 로직(202)은 생성된 가중치를 송신 신호에 적용하기 위해서 빔 형성 엔진(214)의 인스턴스(instance)를 소환하고, 클러스터 내의 타겟에 대한 무선 통신 링크용 신호 패턴을 생성한다. 한 실시예에 따라, 빔 형성 엔진(214)은 선형 필터를 포함하는데, 필터는 가중치를 받고, 하나 이상의 안테나(216)로부터 송신된 신호에 적용되는 감쇄 및 위상을 조정하여 소망의 빔 패턴을 형성한다. 다른 실시예에서, 디지털 신호 프로세서(214)는 공간 빔 패턴을 수정하기 위해 사용될 수 있다. 어느 경우에도, 빔 형성 엔진(214)은 동일 신호의 복수의 타겟에 대한 무선 통신 링크를 효율적으로 설정하기 위해서 송신된 신호를 선택적으로 수정한다. 본 기술분야에 익숙한 자는, 상기 설명이 주어졌으므로, 다점 통신 에이전트(210)는 통신 엔티티가 물리적 채널을 공유하는 타겟의 그룹을 행해 단일 최적화된 빔 패턴을 사용하여 송신할 수 있게 한다는 점에서 특히 유용하다는 것을 이해할 것이다. 그러한 최적화된 빔 패턴은 타겟에 의해 수신된 에너지를 효과적으로 증가시키면서, 전체 송신된 에너지와 의도되지 않은 타겟에 의해 수신된 에너지를 감소시킨다.
예시적 데이터 구조
도 3은 본 발명의 교시에 따라 사용하기에 적합한 데이터그램을 도시한다. 상기 설명하였듯이, 본 발명의 한 실시예는 예로서 GPRS 시스템과 같은 무선 데이터 네트워크를 지원한다. 무선 통신 신호의 의도된 타겟을 식별하기 위해서, 클러스터링 엔진(212)은 그러한 타겟을 식별하기 위해 송신될 신호의 적어도 서브셋을 분석한다. 상기 GPRS 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 타겟을 식별함에 있어서 패킷을 위한 타겟을 식별하고 클러스터 생성에 사용하기 위해서 송신을 위해 수신된 패킷의 콘텐츠의 적어도 서브셋을 분석한다. 클러스터링 엔진(212)에 따라 사용하기에 적합한 패킷 또는 데이터그램의 예가 도 3을 참조하여 설명된다.
도 3에 도시된 실시예에 따라, 데이터그램(300)은 적어도 타겟 식별 정보(302)와 페이로드 데이터(304)를 포함한다. 한 실시예에 따라, 타겟 식별 정보(302)는 적어도 목적지 식별자(306)를 포함한다. 여기에 사용되듯이, 목적지 식별자(306)는 타겟 및 타겟의 클러스터를 클러스터링 엔진(212)에게 유일하게 식별시켜주는 여러 가지 정보 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따라, 예로서, 목적지 식별자는 목적지 주소, 전자 일련 번호, 전화 번호, 매체 액세스 콘트롤(MAC) 주소 등 중의 하나 이상을 포함한다. 본 기술분야에 익숙한 자는 그러한 식별자가 알파뉴메릭 문자 및 비-알파뉴메릭 문자로 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
아래에서 더욱 상세히 설명될 한 실시예에 따라, 타겟 식별자는 또한 후속 목적지 식별자 필드(308)를 포함한다. 본 발명의 이러한 특징에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 후속 목적지 식별자 필드(308)에 제공될 정보로부터 특정 채널의 다음 타겟/클러스터를 식별하고, 그러한 타겟/클러스터용 공간 시그너처를 생성한다. 빔 형성 엔진(214)은 다음에는 후속 목적지 식별자 필드(308) 내의 정보에 의해 표시된 타겟/클러스터를 포함하는 빔 패턴(물론 복수의 로브를 포함할 수 있다)을 송신한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 클러스터링 정보를 유지하기 위한 예시적 데이터 구조를 도시한다. 도 4에 도시된 실시예에 따라, 데이터 구조(400)는 타겟 식별자 필드(402), 클러스터 식별자 필드(404), 감쇄 필드(406), 위상 필드(408) 및 공간 시그너처 속성 필드(410)를 포함한다. 한 실시예에 따라, 이 정보는 복수의 안테나(412) 각각에 대해 유지된다. 타겟 식별자(402)는 특정 타겟을 표시하는 정보를 포함하고, 상기와 같이 전자 일련 번호, 전화 번호, MAC 주소, 인터넷 프로토콜(IP) 주소 등을 포함할 수 있다. 클러스터 정보 필드(404)는 어느 클러스터에 타겟이 할당되었는지를 나타낸다. 도시된 실시예에 따라, 감쇄 및 위상 필드(406, 408)는 타겟 및 안테나와 관련된 식별된 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 클러스터링 엔진(212)에 의해 생성된 가중치의 요소를 포함한다. 다른 실시예에서, 단일 값이 가중치를 위해서 사용되는데, 그 가중치는 빔 형성 엔진(214)에 의해 해석되어 하나 이상의 송신 신호 속성(예로서, 감쇄 및 위상)을 수정한다. 공간 시그너처 속성 필드(410)는 안테나(216)에서 각각의 타겟을 식별하는 정보를 포함한다. 한 실시예에 따라, 속성 정보는 신호 속성 정보(예로서, 도착 각도, 등)를 포함할 수 있고, 다른 실시예에서는 속성 정보는 타겟 성능 정보(예로서, SINR, BER, FER, RSSI, 등)를 포함할 수 있다.
여기에서 사용되듯이, 통신 에이전트(314)의 상기 이동성 관리 특징을 구현하기 위해 사용된 데이터 구조의 크기 및 복잡성은 에이전트가 사용되는 네트워크 요소에 의존한다. 여기에서 사용되듯이, 데이터 구조(400)는 다점 통신 에이전트(210)의 메모리 소자(도시되지 않음) 내에 또는 송수신기(200) 자체의 메모리(204) 내에 유지될 수 있다.
예시적 실시예 및 동작
위에서 본 발명의 동작 및 구조적 요소를 설명하였으므로, 다음에는 도 5 내지 도 10을 참조하는데, 본 발명의 특정한 특징이 더욱 상세히 설명된다.
다점 통신 환경에서의 통신을 편리하게 하기
도 5는 다점 통신 환경에서의 통신 자원을 설정하고 편리하게 하기 위한 예시적 방법의 흐름도를 도시한다. 즉, 도 5는 예로서 GPRS의 가상 패킷-교환 네트워크 환경에서 강화된 데이터 서비스의 공급을 편리하게 하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따라 송신기와 복수의 타겟 사이의 2-방향 통신 링크를 설정하는 방법을 도시한다. 상기와 같이, 가상 패킷-교환 네트워크를 지원하는 물리적 통신 자원의 공유를 편리하게 하기 위해, 통신 에이전트(210)는 유사한 공간 시그너처를 가진 (예로서, GPRS) 서비스의 타겟을 클러스터링하고, 클러스터 각각과의 통신 링크를 선택적으로 설정하기 위해 적응 안테나 기술을 이용한다.
도 5에 도시된 실시예에 따라, 방법은 블록(502)으로 시작하는데, 송수신기(200)는 무선 통신 링크를 위해서 하나 이상의 타겟을 식별한다. 상기와 같이, 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 예로서 데이터그램(300) 내의 타겟 식별 정보의 분석을 통해 그러한 타겟을 식별한다.
블록(504)에서, 이미 통신 링크를 위해 하나 이상의 타겟을 식별하였으므로, 송수신기(200)의 다점 통신 에이전트(210)는 송수신기에 의해 서비스된 타겟의 적어도 서브셋을 위한 공간 시그너처를 식별한다. 더욱 구체적으로는, 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 하나 이상의 안테나(216)에서 예로서 신호 속성(예로서, 도착 각도) 및 타겟 성능 속성(예로서, RSSI, SINR, SNR, BER, FER, 등) 등 하나 이상의 공간 시그너처 속성을 식별한다.
블록(506)에서, 이미 타겟의 적어도 서브셋용 공간 시그너처 속성을 식별하였으므로, 클러스터링 엔진(212)은 하나 이상의 식별된 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 타겟을 타겟의 클러스터로 그룹핑한다. 한 실시예에 따라, 유사한 공간 시그너처 속성을 가진 타겟은 단일 클러스터로 함께 그룹핑된다. 클러스터 내의 타겟은 각각 동일 물리적 채널(시간 슬롯/주파수 조합)을 거쳐 동일한 정보를 수신할 것이다.
블록(508)에서, 클러스터링 엔진(212)은 하나 이상의 클러스터 각각을 위한 공간 시그너처를 생성하는데, 각각의 클러스터는 구성 요소인 타겟의 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 타겟을 포함한다. 즉, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터를 구성하는 타겟의 적어도 서브셋의 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 "클러스터" 공간 시그너처를 생성한다. 클러스터 공간 시그너처로부터, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내의 타겟에 대한 통신 링크의 송신을 공간적으로 배향시키기 위해 종래의 빔 형성 기술에 따라 사용하기 위한 가중치를 생성한다.
블록(510)에서, 클러스터링 엔진(212)은 가중치를 빔 형성 엔진(214)에 제공 하는데, 빔 형성 엔진(214)은 가중치를 송신 신호에 적용하여 의도되지 않은 타겟으로의 송신과 간섭을 감소시키면서 송신을 클러스터로 향해 공간적으로 배향시킨다. 상기한 한 실시예에 따라, 빔 형성 엔진(214)은 선형 필터를 포함하는데, 선형 필터는 가중치를 받고 공지의 방법으로 송신 신호 특성(예로서, 위상/감쇄)을 수정하여 클러스터로의 소망의 빔 패턴을 생성한다.
블록(512)에서, 클러스터링 엔진(212)은 상기와 같이 타겟의 공간 시그너처 속성과 시스템의 성능을 계속적으로 모니터링하여 다점 통신 시스템의 성능 특성을 향상시킨다.
잠시 도 9를 참조하면, 본 발명의 한 예시적 실시예에 따라 하나 이상의 클러스터 내의 복수의 타겟에 대해 통신 링크 빔을 설정하는 방법이 도시되었다. 도 9에 도시된 실시예에 따라, 통신국(114) 내의 다점 통신 에이전트(도시되지 않음)가 제공된 송수신기(116)는 공통 통신 채널 상에서 클러스터 공간 시그너처에 적어도 부분적으로 기초하여 타겟(106, 108, 904)의 클러스터와의 통신 링크 빔(902)을 설정한다. 도시되었듯이, 타겟은 무선 가입자 유닛(106), 공간 다이버시티 무선 가입자 유닛(108), 무선-이네이블된 전자 장치(904) 등을 포함할 수 있다. 유저 단말기의 클러스터로서 도시되었으나, 유저 단말기(예로서, 108)는 본 발명의 교시를 사용하여 다른 타겟(예로서, 무선 단말기 및 기지국)의 클러스터로 송신할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 상기와 같이, 다점 통신 에이전트(210)는 가입자 유닛 및 통신국 내에 존재하는 무선 송수신기와 통합되고 무선 송수신기에 의해 사용될 수 있다.
하나 이상의 타겟의 클러스터의 설정
도 6으로 돌아가면, 본 발명의 한 실시예에 따라 클러스터에 대한 타겟을 식별하고 선택하는 예시적 방법이 제공된다. 도 6에 도시된 실시예에 따라, 방법은 블록(602)으로 시작되는데, 클러스터링 엔진(212)은 K개의 빔 형성 가중치의 초기 세트로 시작한다. 한 실시예에 따라, K개의 빔 형성 가중치가 미리 결정되고 다점 통신 에이전트(210) 내에 유지된다. 다른 실시예에서, K개의 빔 형성 가중치의 초기 세트는 데이터 구조(400) 내에 유지된 전의 클러스터 그룹핑에 적어도 부분적으로 기초한다. 수학적으로는, 가중치는 다음과 같이 표시될 수 있는데,
wi,n = 1,...,K (1)
여기에서, i는 가중치 그룹의 인덱스이고, n은 프로세스 반복의 인덱스이다.
블록(604)에서, 클러스터링 엔진(212)은 각각의 타겟에 대해 공간 시그너처 속성을 식별한다. 도시된 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 각각의 안테나(216)에서 각각의 타겟의 하나 이상의 성능 특성을 측정한다. 상기와 같이, 예로서 RSSI, SINR, SNR, BER, FER 등 중의 하나 이상과 같이 다양한 성능 특성 중 임의의 것이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 K개의 가중치 각각에 대한 타겟 각각에 대해 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)(식 2)를 측정하고, 최대 SINR을 생성하는 가중치를 찾고, 그 타겟을 그 클러스터 그룹에 할당한다.
SINRi,k = f(wi, targetk) (2)
이러한 점에서, K개의 타겟이 초기에 K개의 클러스터로 그룹핑된다.
블록(606)에서, K개의 클러스터 각각에 대해, 클러스터링 엔진(212)은 그 그룹 내의 타겟의 성능 특성에 기초하여 새로운 가중치를 할당한다. 한 실시예에 따라, 예로서 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내에서 가장 작은 SINR을 가진 타겟을 찾고, 그 유저로부터 생성된 새로운 가중치를 클러스터에 할당한다. 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 식별된 유저와 관련된 신호로부터 최소자승(Least-Squares) 가중치(식 3)를 생성한다. 본 기술분야에 익숙한 자는 최소자승의 생성은 신호를 기준신호로부터의 최소자승 오류와 결합함으로써 계산된다는 것을 이해할 것이다. 이 가중화는 그룹 내의 모든 타겟에 대해 최적이 아닐 수 있지만, 그것은 가장 작은 SINR을 가진 타겟이 생성된 빔 패턴에 의해 최소로 수용되는 것을 보장한다.
Figure 112004012934120-pct00001
(3)
여기에서,
Figure 112004012934120-pct00002
이다.
블록(608)에서, 일단 K개의 새로운 가중치가 생성되면, 타겟은 아래에서 식 4로 표시되었듯이 타겟을 위한 가장 양호한 SINR 성능 속성을 제공하는 가중치에 따라 재그룹핑된다.
Figure 112004012934120-pct00003
(4)
블록(609)에서, 각각의 그룹에 대한 최소 SINR이 전의 그룹에 대한 최소 SINR보다 작거나 같으면, 프로세스는 블록(610)으로 진행한다. 그렇지 않으면, 프로세스는 타겟의 성능 특성의 실질적인 향상이 달성될 수 없을 때까지 반복적 방법으로 계속된다.
도 7에서, 본 발명의 한 특징에 따라 타겟 클러스터의 점유(occupancy)를 판정하는 다른 예시적 방법의 흐름도가 제공되었다. 도 7에 도시된 실시예에 따라, 방법은 블록(702)으로 시작되는데, 나머지 클러스터링되지 않은 타겟 각각에 대해, 클러스터링 엔진(212)은 복합 공간 시그너처 거리 차이를 계산한다. 한 실시예에 따라, 복합 공간 시그너처 거리 차이는 타겟과 모든 나머지 클러스터링되지 않은 타겟 사이의 정규화된 공간 시그너처 거리 차이의 합이다. 이 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 각각의 다른 타겟의 정규화된 공간 시그너처(ai)에 대한 자신의 정규화된 공간 시그너처(ai)의 거리 차이(di,j)을 계산하는데, 여기에서 거리는 식 5에 따라 상기 공간 시그너처 사이의 내적으로서 계산된다.
Figure 112004012934120-pct00004
(5)
여기에서, ai'는 정규화된 공간 시그너처(ai)의 공액 복소수이다.
개별적 정규화된 거리 차이(식 5 참조) 각각으로부터, 클러스터링 엔진(212)은 다음 식에 따라 모든 다른 나머지 클러스터링되지 않은 타겟(j)에 대한 합 또는 전체 거리로서의 복합 공간 시그너처 거리 차이를 계산한다.
모든 타겟에 대하여
Figure 112004012934120-pct00005
(6)
블록(704)에서, 클러스터링 엔진(212)은 타겟의 계산된 복합 공간 거리 차이에 적어도 부분적으로 기초하여 클러스터용 앵커(anchor) 타겟을 식별한다. 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 최소 복합 거리 차이(di,j)을 사용하여 타겟을 식별하고, 그것을 타겟의 생성되는 클러스터의 앵커로서 할당한다.
블록(706)에서, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터를 완성하는 추가적 N-1 타겟을 식별함으로써 클러스터를 완성하는데, 여기에서 클러스터는 통신 채널을 공유하는 N개의 타겟의 크기를 갖는다. 한 실시예에 따라, 다음 N-1개의 타겟은 최소 거리 차이(dmin)을 초과하지 않는 다음 최소 복합 거리 차이를 가진 그러한 타겟으로서 선택된다. 즉, 유사한 공간 시그너처를 가진 타겟을 클러스링하기 위해, 서로 너무 큰 거리로 이탈된 타겟은 실제로 다음 최소 복합 거리 차이를 나타낸다고 하더라도 함께 클러스터링되지 않는다. 그러한 경우에, 이 거리 또는 결합(cohesion) 차이 임계치(dmin)를 초과하는 타겟은 위에서 정의된 전체 거리 수치에 의해 정량화된 유사한 공간 시그너처를 가진 하나 이상의 타겟의 다른 클러스터에 할당될 수 있다.
한 실시예에 따라, N+M 개의 타겟이 실질적으로 유사한 공간 시그너처 속성을 공유하면, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내의 추가적 M개의 타겟을 서비스하기 위해 필요하면 추가적 통신 채널 자원을 할당한다. 이러한 점에서, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내의 모든 타겟을 효율적으로 서비스하기 위해 복수의 공유 통신 채널을 요구하는 클러스터를 생성할 수 있다. 또는, 클러스터링 엔진(212)은 외부의(outlier) 타겟을 클러스터 내에 포함시키도록 선택하고, 그 타겟을 별개의 통신 채널을 사용하여 서비스할 수 있다. 즉, 타겟과 관련된 공간 시그너처가 결합 거리 차이(dmin)을 초과하면, 클러스터링 엔진(212)은 그 타겟을 주어진 클러스터 내에 포함시키고, 그 타겟을 추가적 공유된 통신 채널 자원을 사용하여 서비스할 수 있다.
본 발명의 이 특징에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 그룹핑을 계속적으로 모니터링하고, 가능한 경우에는 클러스터 내의 활성 타겟의 수가 채널 임계치(N) 아래로 오거나, 결합 거리 임계치(dmin)를 일단 초과하였던 정규화된 공간 시그너처가 임계치 내에 실질적으로 들어온 것으로 발견되거나, 타겟이 통신 세션을 종료하면, 클러스터 내의 타겟과의 통신에 적용된 물리적 채널의 수를 감소시킨다.
한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내의 타겟의 복합 공간 시그너처 거리 차이으로부터 클러스터 공간 시그너처를 생성한다. 한 실시예에 따라, 앵커 타겟의 복합 공간 시그너처 거리 차이는 클러스터 공간 시그너처로서 사용된다. 상기한 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 빔 형성 엔진(214)에 각각의 생성된 클러스터와 관련된 공간 시그너처를 제공하여 빔 형성 엔진이 송신의 하나 이상의 속성을 선택적으로 수정할 수 있게 하여 송신 빔을 하나 이상의 클러스터 내의 타겟으로 향해 선택적으로 배향시킨다.
블록(708)에서, 클러스터링 엔진(212)은 나머지 클러스터링되지 않은 타겟이 있는지 판정한다. 있다면, 프로세스는 블록(702)을 계속하는데, 클러스터링 엔진은 다른 나머지(즉, 아직 클러스터링되지 않은) 타겟에 대한 각각의 나머지 타겟을 위한 복합 공간 시그너처 거리 차이를 계산하고, 추가적 클러스터가 생성된다.
다른 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 정규화된 공간 시그너처 차이(di,j)을 단순히 계산하여 복수의 타겟(이 예에서, 2개의 타겟)이 클러스터링되어야 하는지 결정한다. 즉, 다른 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 정규화된 공간 시그너처 거리 차이(di,j)가 어떤 거리 임계치(dThresh_1)보다 작은 경우에 타겟의 집단(population)을 생성한다.
(di,j)<(dThresh_1) (7)
또한, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내의 임의의 한 타겟의 임의의 다른 타겟에 대한 평균 정규화된 공간 시그너처 거리 차이(예로서, 물리적 채널을 공유하는 각각의 타겟의 각각의 다른 타겟에 대한 거리의 자승을 사용하여 계산된)이 특정 거리 임계치(dThresh_2) 아래에 놓이는 것을 보장한다. 이러한 점에서, 클러스터링 엔진(212)은 클러스터 내의 타겟이 공통 공간 시그너처 특성을 갖는 것을 보장한다.
블록(708)에서, 모든 타겟이 클러스터에 할당되었으면, 프로세스는 블록(710)으로 계속되는데, 클러스터링 엔진(212)은 타겟의 공간 시그너처 속성에 대한 변화를 선택적으로 모니터링하고, 필요시에는 타겟의 재그룹핑을 수행한다. 한 실시예에 따라, 임의의 클러스터가 여유(vacancy)(예로서, N개의 타겟보다 작음)를 가지고 있다면, 클러스터링 엔진(212)은, 다른 클러스터에 할당된 각각의 타겟에 대해, 적게 밀집된 클러스터의 각각의 타겟 멤버에의 평균 거리를 계산한다. 이 값은 여유를 가진 모든 다른 클러스터에 대한 평균 거리와 비교되고, 가장 낮은 평균 거리를 가진 타겟을 그 클러스터에 할당한다. 다른 클러스터 내의 타겟의 각각의 싸에 대해, 자신의 클러스터 내의 타겟 각각의 평균 거리를 다른 클러스터 내의 타겟의 평균 거리와 비교한다. 타겟을 스위칭하면 각각의 복합 공간 시그너처 거리 차이가 낮아진다면, 타겟의 클러스터를 스위칭한다.
또 다른 실시예에 따라, 공간 시그너처 속성은 벡터 양자화 기술을 사용하여 타겟 각각에 대해 도출된다. 그러한 클러스터링 방법의 예가 배럿 등에게 허여되고 본 발명의 양수인에게 양도된 발명의 명칭이 "무지향성 방사를 달성하기 위해 안테나 어레이를 가진 통신국으로부터 하향 링크 신호를 순차적으로 송신하는 방법"인 미국 특허 제6,185,440호에 기술되었으며, 모든 목적을 위해서 본 명세서에 참조로서 병합되었다.
다중 -노드 빔 형성
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 특징에 따라 다점 통신 환경에서 다중 노드 빔 형성을 위한 예시적 방법의 흐름도가 제공되었다. 한 실시예에 따라, 다점 통신 에이전트(210)는 동일한 신호를 복수의 타겟 또는 클러스터에 송신하는 것이 바람직한 예로서 GPRS 데이터 서비스 등 무선 데이터 서비스를 지원하는 다중 노드 통신 링크를 설정한다. 예로서, 도시된 GPRS 실시예에서, 신호를 신호의 의도된 수령자에게만 아니라 송신 채널의 다음 유저{예로서, 데이터그램(300) 내에 식별된}로서 식별되는 타겟에게도 송신하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 방법이 아래에 제공된다.
따라서, 도 8의 방법은 블록(802)으로 시작되는데, 클러스터링 엔진(212)은 특정 채널과 관련된 신호가 의도된 타겟의 서브셋을 식별한다. 상기와 같이, 클러스터링 엔진(212)은 송신을 위해 수신된 신호에 포함된 정보 또는 패킷(데이터그램) 정보(예로서, 타겟 식별 정보)에 포함된 정보를 사용하여 의도된 타겟을 식별할 수 있다.
블록(804)에서, 클러스터링 엔진(212)은 신호를 수령함으로써 이득을 얻을 수 있는 타겟을 식별한다. 상기와 같이, GPRS 실시예에 따라, 채널(즉, 시간 슬롯/주파수 조합)의 다음 순간과 관련된 타겟이 자신이 채널의 다음 순간의 의도된 수령자라는 표시를 수신하는 것이 이로울 수 있다. 상술된 한 실시예에 따라, 클러스터링 엔진(212)은 송신을 위해 수신된 데이터그램의 타겟 식별 정보(302)로부터 후속 타겟을 식별한다.
블록(806)에서, 클러스터링 엔진(212)은 계류중인 송신의 의도된 타겟을 위한 제1 공간 시그너처와, 다른 식별된 타겟을 위한 제2 공간 시그너처를 식별한다. 본 발명의 교시에 따라, 타겟은 개별적 송수신기 또는 타겟의 클러스터일 수 있는데, 그러한 경우에, 제1 클러스터 공간 시그너처와 제2 클러스터 공간 시그너처가 상기와 같이 생성된다.
블록(808)에서, 클러스터링 엔진(212)은 제1 및 제2 타겟 각각에 대해 다중-로브 빔 패턴을 생성하기 위해 가중치를 계산한다. 예로서, 공간 시그너처(a1, a2)를 가진 타겟이 2개 요구되면, 클러스터링 엔진(212)은 각각 다음과 같이 계산되는 2개의 가중치(w1, w2)의 선형 중첩을 형성한다.
w1 = [a2'a2]a1 (8)
w2 = [a1'a1]a2
여기에서, a1과 a2는 Nx1 벡터이다.
N은 송수신기와 관련된 안테나(216)의 수를 나타낸다.
[a2'a2]는 a2와 자신의 외적, 즉, NxN 행렬이고,
[a1'a1]는 a1과 자신의 외적, 즉, 역시 NxN 행렬이다.
따라서, 송신을 위해 사용된 가중치는 다음과 같이 된다.
(alpha1*w1)+(alpha2*w2) (9)
여기에서 alpha1과 alpha2는 타겟에 의해 수신될 의도된 전력을 제어하는 물리량이다.
블록(810)에서, 빔 형성 엔진(214)은 클러스터링 엔진(212)에 의해 생성된 가중치를 사용하여 다중-로브 빔 패턴을 생성하여 적어도 제1 공간 시그너처와 제2 공간 시그너처에 따라 에너지를 배향시킨다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 이러한 특징의 한 실시예에 따른 다중-노드 통신 링크 빔이 도시된다. 더욱 구체적으로 말하면, 도 10은 통신 링크의 의도된 수신기(106)와 후속 통신 링크의 수신기(904) 사이의 다중-노드 통신 링크 빔을 설정하는 통신 엔티티, 이 실시예에서는 기지국(14)을 도시한다. 즉, 2개의 타겟(106, 904)은 각각 2개의 별개의 통신 링크, 예로서 빔(1002, 1004)을 거쳐 공통 신호를 수신한다.
한 실시예에 따라, 다중-노드 빔, 예로서 노드(1002, 1004)는 각각 공통 통신 채널에 할당되고, 타겟(106, 904) 각각에 공통 정보를 송신한다. 한 실시예에 따라, 제2 수신기, 즉, 수신기(904)는 자신이 바로 뒤의 후속 통신 신호를 수신할 것이라는 표시로서의 신호를 수신한다. 즉, 수신기(904)는 자신이 후속 신호, 예로서 바로 뒤의 후속 신호의 목표가 된다는 표시를 자신에게 제공하는 신호를 수신한다.
다른 실시예
도 11은 실행될 때 액세싱 머신이 본 발명의 다른 실시예에 따라 본 발명의 혁신적 다점 통신 에이전트(210)의 하나 이상의 특징을 실시할 수 있게 하는 복수의 실행 가능한 명령을 포함하는 예시적 저장 매체의 블록도이다.
상기 설명에서, 설명의 목적을 위해서, 여러 가지 구체적 상세사항이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 기술되었다. 그러나, 본 발명이 이러한 구체적 상세사항 없이도 실시될 수 있다는 것은 본 기술분야에 익숙한 자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 공지의 구조 및 장치가 블록도의 형태로 도시된다.
본 발명은 여러 가지 단계를 포함한다. 본 발명의 단계는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 하드웨어 콤포넨트에 의해 수행될 수 있거나, 머신-실행 가능 명령 내에 구현될 수 있는데, 그 명령은 범용 프로세서 또는 그러한 명령으로 프로그램된 특수 목적 프로세서 또는 로직 회로가 그 단계를 수행하게 하기 위해 사용될 수 있다. 또는, 단계는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합에 의해 수행될 수도 있다. 단계는 기지국 또는 유저 단말기에 의해 수행되는 것으로 기술되었다. 그러나, 기지국에 의해 수행되는 것으로 기술된 어떠한 단계도 유저 단말기에 의해 수행될 수 있고, 그 역으로도 될 수 있다. 본 발명은 단말기가 기지국, 유저 단말기, 원격 단 말기 또는 가입자국으로서 지정되지 않고 서로 통신하는 시스템 및 수신기에도 동일하게 적용 가능하다. 본 발명은 또한 피어(동등물)(peer)의 네트워크에 적용될 수 있다.
본 발명은 본 발명에 따른 프로세스를 수행하도록 컴퓨터(또는 다른 전자 장치)를 프로그램하기 위해 사용될 수 있는 명령을 저장한 머신-판독 가능 매체를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 제공될 수 있다. 머신-판독 가능 매체는 플로피 디스켓, 광학 디스크, CD-ROM, 자기-광 디스크, ROM, RAM, EPROM, EEPROM, 자석 또는 광 카드, 플래시 메모리, 또는 전자 명령을 저장하기에 적합한 다른 형태의 매체/머신-판독 가능 매체를 포함할 수 있지만, 그것들에 제한되는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명은 컴퓨터 프로그램 제품으로서 다운로드될 수 있는데, 프로그램은 통신 링크(예로서, 모뎀 또는 네트워크 접속)를 거쳐 반송파 또는 다른 전파 매체 내에 구현될 데이터 신호에 의해 원격 컴퓨터로부터 요청측 컴퓨터로 전달될 수 있다.
중요한 것은, 본 발명이 휴대형 핸드셋용 무선 통신 시스템과 관련하여 기술되었으나, 데이터가 교환되는 다양한 다른 무선 시스템에 적용될 수 있다는 것이다. 그러한 시스템은 음성, 비디오, 음악, 방송 및 외부 접속이 없는 다른 형태의 시스템을 포함한다. 본 발명은 고정 원격 단말기, 및 저 및 고 이동성 단말기에도 적용될 수 있다. 많은 방법이 그 가장 기본적인 형태로 기술되었으나, 단계는 방법 중 임의의 것에 추가 또는 삭제될 수 있고, 정보는 본 발명의 기본적 범위를 이탈함이 없이 상술된 메시지의 임의의 것에 추가 또는 삭제될 수 있다. 본 기술분야에 익숙한 자에게는 많은 추가적 수정 및 채택이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 특정 실시예는 본 발명을 제한하는 목적이 아니고 설명하는 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 범위는 상기 제공된 특정 예에 의해 결정되어서는 안 되고, 아래의 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.
본 발명은 방송 무선 통신 시스템에서 적응 어레이 기술을 가능하게 하고 종래 기술의 방송 시스템과 일반적으로 관련된 제한에 의해 방해받지 않는 시스템 및 관련 방법을 제공한다.

Claims (47)

  1. 무선 통신 시스템에서 복수의 타겟 각각과 관련된 하나 이상의 공간 시그너처 속성(spatial signature attributes)을 식별하는 단계, 및
    식별된 상기 하나 이상의 공간 시그너처 속성에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 복수의 타겟 중 하나 이상을 클러스터에 할당하는 단계
    를 포함하되,
    클러스터 내에 있는 하나 이상의 상기 타겟은 각각 무선 통신 채널을 공유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 공간 시그너처 속성을 식별하는 단계는, 클러스터에 할당된 각각의 상기 타겟과, 모든 나머지 클러스터링되지 않은 타겟 사이의 복합 공간 시그너처 거리 차이를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복합 공간 시그너처 거리 차이는 상기 타겟의 정규화된 공간 시그너처와 상기 나머지 클러스터링되지 않은 타겟의 정규화된 공간 시그너처 사이의 거리 차이의 합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    가장 낮은 상대적 복합 공간 시그너처 거리 차이를 가진 타겟을 상기 클러스터용 앵커(anchor)로서 식별하는 단계, 및
    임계치를 초과하지 않는, 상기 가장 낮은 상대적 복합 공간 시그너처 거리 차이 다음으로 가장 낮은 상대적 복합 공간 시그너처 거리 차이를 가진 (N-1)개까지의 추가적 타겟을 식별하고, 상기 추가적 타겟을 상기 클러스터에 추가하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 서브셋의 상기 클러스터를 위해 클러스터 공간 시그너처를 형성하는 단계, 및
    상기 클러스터 공간 시그너처에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 클러스터 내의 타겟에 대한 송신 빔을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 내의 타겟의 수가 복수의 타겟을 서비스하는 단일의 무선 통신 채널의 대역폭 용량을 초과하면, 상기 클러스터 내의 하나 이상의 서브셋의 타겟을 핸들링하기 위해 추가적 채널을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    유사하지 않은 공간 시그너처 속성에도 불구하고 타겟을 클러스터에 할당하는 단계, 및
    상기 타겟을 이종(異種)의(disparate) 통신 채널 자원을 사용하여 서비스하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 액세싱 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때, 상기 액세싱 컴퓨팅 장치가 제1항에 따른 방법을 구현하게 하는 콘텐츠를 포함하는 저장 매체.
  30. 무선 통신 자원, 및
    상기 무선 통신 자원에 결합된 통신 에이전트
    를 포함하며,
    상기 통신 에이전트는 유사한 공간 시그너처 속성을 공유하는 하나 이상의 타겟을 클러스터에 분포(populating)시키고, 하나 이상의 서브셋의 분포된 상기 클러스터를 위한 클러스터 공간 시그너처를 계산하며,
    상기 클러스터 내의 타겟에 통신 채널을 공간적으로 배향시키기 위해, 상기 클러스터 공간 시그너처로부터 송신 가중치가 생성되어 통신 채널의 송신에 적용되는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 무선 통신 자원은 송신기 서브시스템을 포함하고, 상기 통신 채널은 하향링크 통신 채널인 것을 특징으로 하는 송수신기.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 제30항에 있어서,
    상기 통신 에이전트는, 상기 통신 채널을 공간적으로 배향시키기 위해, 상기 통신 채널과 관련된 송신 신호의 하나 이상의 물리적 특성을 수정하는 빔 형성 엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  41. 제30항에 있어서,
    콘텐츠(contents)을 내부에 저장한 메모리 서브시스템, 및
    상기 메모리 서브시스템에 결합되어, 상기 통신 에이전트를 구현하기 위해 하나 이상의 서브셋의 저장된 상기 콘텐츠에 액세스하고 상기 콘텐츠를 실행하는 콘트롤 로직
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  42. 무선 통신 시스템에서 복수의 타겟 각각의 공간 시그너처를 계산하는 단계,
    하나 이상의 상기 타겟의 상기 공간 시그너처를 하나 이상의 다른 상기 타겟의 상기 공간 시그너처과 비교하는 단계, 및
    상이한 공간 시그너처를 가진 타겟에 상이한 물리적 채널 자원이 할당되도록 상기 타겟에 물리적 채널 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 비교하는 단계는, 하나의 타겟(i)과 관련된 정규화된 공간 시그너처(ai)와 다른 타겟(j)과 관련된 정규화된 공간 시그너처(aj) 사이의 정규화된 공간 시그너처 거리 차이(di,j)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 정규화된 공간 시그너처 거리 차이(di,j)가
    Figure 112009045007469-pct00009
    에 따라 계산되고, 여기에서 ai'는 상기 타겟(i)의 상기 정규화된 공간 시그너처(ai)의 공액 복소수인 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제43항에 있어서,
    정규화된 공간 시그너처 거리 차이(di,j)가 임계치를 초과하지 않는 타겟이 유사한 공간 시그너처를 보이고, 클러스터 타겟 풀 내에 그룹핑되는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 클러스터 타겟 풀 내의 각각의 타겟과 상기 클러스터 타겟 풀 내의 다른 타겟 사이의 평균 거리 차이를 계산하는 단계, 및
    상기 클러스터 타겟 풀 내의 하나 이상의 다른 타겟과의 평균 거리 차이가 임계치를 초과하는 타겟을 상기 클러스터 타겟 풀로부터 제거하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 클러스터 타겟 풀 내에 남아 있는 하나 이상의 서브셋의 타겟에 공통 통신 채널 자원을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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