KR102047803B1 - 빔 분할 다중 접속시스템에서 아날로그 빔 운용장치 및 방법 - Google Patents
빔 분할 다중 접속시스템에서 아날로그 빔 운용장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수에 비해 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 상대적으로 적은 하이브리드 빔-포밍 구조를 사용하며, 시 분할 다중 방식을 지원하는 구조의 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 아날로그 빔 운용장치에서 라운드 로빈 방식을 기반으로 아날로그 빔 운용 환경과 단말의 서비스 요청을 동시에 고려하여 적응적으로 빔 운용을 수행하는 빔 운용 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 다수의 디바이스들 중 적어도 하나의 디바이스로부터 다음 프레임의 사용 요청이 접수될 시, 다음 프레임의 사용을 허락할 상대 디바이스를 위해 아날로그 빔을 변경한다. 그리고 다음 프레임이 상기 상대 디바이스에 의해 사용될 수 있도록 아날로그 빔이 변경되었음을 알리는 정보를 상기 다수의 디바이스들을 대상으로 전송한다.
이를 위해, 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 다수의 디바이스들 중 적어도 하나의 디바이스로부터 다음 프레임의 사용 요청이 접수될 시, 다음 프레임의 사용을 허락할 상대 디바이스를 위해 아날로그 빔을 변경한다. 그리고 다음 프레임이 상기 상대 디바이스에 의해 사용될 수 있도록 아날로그 빔이 변경되었음을 알리는 정보를 상기 다수의 디바이스들을 대상으로 전송한다.
Description
본 발명은 빔 분할 다중 접속시스템에서 아날로그 빔 운용장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 빔 분할 다중 접속시스템에서 적응적 안테나 기술을 기반으로 아날로그 빔을 적응적으로 운용할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 기술은 성능 (capacity) 향상, 비용 (cost) 절감, 자원 (resource)의 효율적인 사용 등을 목적으로 발전이 이루어지고 있다고 하여도 과언이 아닐 것이다.
예컨대 무선 통신에 있어, 성능의 향상과 자원의 효율적인 사용을 위해, 다양한 통신 방식들이 제안되었다. 일 예로 제안된 통신 방식들은 시간, 주파수, 코드, 공간 등의 자원을 활용하는 방안이었다. 즉 시간 분할 다중 접속 (TDMA: Time Division Multiple Access) 방식, 주파수 분할 다중 접속 (FDMA: Frequency Division Multiple Access) 방식, 코드 분할 다중 접속 (CDMA: Code Division Multiple Access) 방식, 공간 분할 다중 접속 (SDMA: Space Division Multiple Access) 방식이 제안된 통신 방식에 해당한다.
그 외에 새로이 제안되고 있는 자원으로는 다중 안테나 시스템에서의 빔이 존재하며, 이를 이용하는 통신 방식으로 빔 분할 다중 접속 (BDMA: Beam Division Multiple Access) 방식이 제안되었다.
상기 BDMA 방식은 다중 안테나 시스템의 송신장치가 자신이 구비하고 있는 다중 안테나를 이용하여 형성할 수 있는 빔들을 분할하여 사용하는 방안이다. 상기 BDMA 방식은 채널 정보를 몰라도 상대 기지국 (BS: Base Station)과 이동 단말 (MS: Mobile Station)의 위치 정보를 알고 있다는 가정에서 적응적으로 빔을 형성하여 통신한다는 점에서 SDMA 방식과 구분된다. 예컨대 상기 BDMA 방식은 빔-포밍 (Beam-forming)을 사용하는 다중 접속 방식으로써, 기지국 간의 백홀 (backhaul) 망과 기지국과 단말 간의 통신에 모두 적용이 가능하다.
상기 BDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템 (이하 “BDMA 시스템”이라 칭함)은 보다 향상된 시스템 성능을 얻기 위해, 다중 입력 다중 출력 (MIMO) 환경 및 아날로그 빔 설계를 고려하고 있다. 그 대표적인 예가 투-스테이지 빔-포밍 (Two-stage beam- forming) 구조를 가지는 BDMA 시스템 (이하 “하이브리드 빔-포밍 시스템”이라 칭함)이다.
상기 투-스테이지 빔-포밍 구조는 아날로그-디지털 빔-포밍 (Analog-Digital beam- forming) 구조를 통칭하는 의미로 사용된다. 다르게는 “하이브리드(hybrid) 아날로그/디지털 빔-포밍” 혹은 “하이브리드 RF/baseband 빔-포밍” 또는 “하이브리드 빔-포밍” 등의 용어로 불리기도 한다. 하기에서는 설명의 편의를 위해 “하이브리드 빔-포밍”이라는 용어를 사용하도록 한다.
하지만 하이브리드 빔-포밍 시스템은 안테나의 수가 디지털 체인 (digital chain)의 개수보다 많은 구조를 가지므로, 모든 안테나들의 채널 정보를 고려하여 아날로그 빔을 설계한다는 것이 현실적이지 않았다.
따라서 다수의 안테나와 소수의 디지털 체인을 사용하는 하이브리드 빔-포밍 시스템에 적용하기에 적합한 아날로그/디지털 빔 설계와 아날로그/디지털 빔 운용 방안이 마련되어야 할 것이다.
따라서 본 발명의 실시 예에서는 다수의 안테나와 소수의 디지털 체인을 사용하는 하이브리드 빔-포밍 시스템에 적용하기에 적합한 아날로그/디지털 빔 설계와 아날로그/디지털 빔 운용 방안을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 다수의 안테나와 소수의 디지털 체인을 사용하는 하이브리드 빔-포밍 시스템에서 아날로그 빔의 적응적 운용 방안과 이를 위한 아날로그 빔 설계 방안을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 하이브리드 빔-포밍 시스템에서 아날로그 빔 운용 환경과 단말의 서비스 요청을 동시에 고려하여 적응적으로 아날로그 빔 운용을 수행하는 빔 운용 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 하이브리드 빔-포밍 시스템에서 단말의 서비스 요청에 따른 적응적 아날로그 빔 운용이 가능한 빔 운용 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 하이브리드 빔-포밍 시스템에서 빔 설계뿐만 아니라 다중 사용자 환경에서의 적응적 빔 운용이 가능하도록 하는 빔 운용 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 하이브리드 빔-포밍 시스템에 있어서 획득 가능한 유효 채널 정보만을 활용하여 성능을 향상시킬 수 있는 아날로그 빔 설계가 가능한 빔 운용 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 하이브리드 빔-포밍 시스템에 있어서 모든 안테나 별 채널 정보를 획득할 수 없을 때에도 적응적인 빔 설계가 가능한 빔 운용 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 하이브리드 빔-포밍 시스템에 있어서 이중 스테이지 빔 구조를 가지는 기지국에 의한 아날로그 빔 운용을 기반으로 시 분할 방식 (TDD: Time Division Duplex)을 지원하는 구조의 프레임 단위로 상기 기지국과 신호를 송/수신하는 무선 단말 및 방법을 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따라 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수에 비해 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 상대적으로 적은 하이브리드 빔-포밍 구조를 사용하며, 시 분할 다중 방식을 지원하는 구조의 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 아날로그 빔 운용장치에서 라운드 로빈 방식을 기반으로 상기 프레임 단위로 아날로그 빔을 변경하는 아날로그 빔 운용 방법은, 상기 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 다수의 디바이스들 중 적어도 하나의 디바이스로부터 다음 프레임의 사용 요청이 접수될 시, 다음 프레임의 사용을 허락할 상대 디바이스를 위해 아날로그 빔을 변경하는 과정과, 다음 프레임이 상기 상대 디바이스에 의해 사용될 수 있도록 아날로그 빔이 변경되었음을 알리는 정보를 상기 다수의 디바이스들을 대상으로 전송하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명에 따라 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수에 비해 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 상대적으로 적은 하이브리드 빔-포밍 구조를 사용하며, 시 분할 다중 방식을 지원하는 구조의 프레임 단위로 신호를 송/수신하기 위해 라운드 로빈 방식을 기반으로 상기 프레임 단위로 아날로그 빔을 변경하는 아날로그 빔 운용장치는, 상기 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 다수의 디바이스들 중 적어도 하나의 디바이스로부터 다음 프레임의 사용 요청이 접수될 시, 다음 프레임의 사용을 허락할 상대 디바이스를 위해 아날로그 빔을 변경하는 아날로그 빔-포밍 운용 유닛과, 다음 프레임이 상기 상대 디바이스에 의해 사용될 수 있도록 아날로그 빔이 변경되었음을 알리는 정보를 상기 다수의 디바이스들을 대상으로 전송하는 통신 유닛을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 무선 단말이 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수에 비해 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 상대적으로 적은 하이브리드 빔-포밍 구조를 가지는 기지국과 시 분할 방식을 지원하는 구조의 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 방법은, 현재 프레임의 상향링크 전송 구간에서 상기 기지국으로 다음 프레임에 대한 사용을 요청하는 과정과, 다음 프레임의 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국으로부터 다음 프레임의 사용을 허락하는 상대 디바이스 정보와, 다음 프레임의 사용을 위해 변경할 아날로그 빔에 관한 정보를 수신하는 과정과, 상기 상대 디바이스 정보에 의해 다음 프레임의 사용이 자신에게 허락되었다면, 상기 변경할 아날로그 빔에 관한 정보를 기반으로 인지한 아날로그 빔을 사용하여 다음 프레임의 상향링크 전송 구간과 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국과의 신호 송/수신을 수행하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수에 비해 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 상대적으로 적은 하이브리드 빔-포밍 구조를 가지는 기지국과 시 분할 방식을 지원하는 구조의 프레임 단위로 신호를 송/수신하는 무선 단말은, 현재 프레임의 상향링크 전송 구간에서 상기 기지국으로 다음 프레임에 대한 사용을 요청하고, 다음 프레임의 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국으로부터 다음 프레임의 사용을 허락하는 상대 디바이스 정보와, 다음 프레임의 사용을 위해 변경할 아날로그 빔에 관한 정보를 수신하는 통신 유닛과, 상기 상대 디바이스 정보에 의해 다음 프레임의 사용이 자신에게 허락되었다면, 상기 변경할 아날로그 빔에 관한 정보를 기반으로 인지한 아날로그 빔을 사용하여 다음 프레임의 상향링크 전송 구간과 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국과의 신호 송/수신을 수행하도록 상기 통신 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명에서의 제안에 따라, 기본적인 아날로그 빔 운용 환경에서 단말의 서비스 요청에 능동적으로 대처하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라 기본 아날로그 빔 운용 대비 유효 채널 정보를 활용하여 채널에 맞도록 적응적으로 아날로그 빔을 설계함으로써, 송/수신 신호의 신호 대 잡음 비 (SNR: Signal to Noise Ratio)를 향상시킬 수 있다. 이는 시스템의 전송 성능에 대한 이득을 얻도록 한다.
또한 제안된 발명에서는 라운드 로빈 (Round-robin) 방식을 기반으로 단말의 요청에 따라 아날로그 빔을 부분적으로 변경함으로써, 라운드 로빈 (Round-robin) 방식에서 발생할 수 있는 지연을 방지할 수도 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 추정되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 추정되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용하기 위한 다중 사용자 환경의 BDMA 시스템의 일 예를 보이고 있는 도면;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔 운용에 대한 하나의 시나리오를 보이고 있는 도면;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 요청을 고려한 적응적 아날로그 빔 설계를 위해 기지국에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 MS에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 적응적 아날로그 빔 설계를 설명하기 위한 신호 모델의 일 예를 보이고 있는 도면;
도 6과 7은 제안된 기법과 기존 기법 간의 성능 대비를 보이고 있는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔 운용에 대한 하나의 시나리오를 보이고 있는 도면;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 요청을 고려한 적응적 아날로그 빔 설계를 위해 기지국에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 MS에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 적응적 아날로그 빔 설계를 설명하기 위한 신호 모델의 일 예를 보이고 있는 도면;
도 6과 7은 제안된 기법과 기존 기법 간의 성능 대비를 보이고 있는 도면.
이하 본 발명에 따른 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 또한, 본 발명에 대한 설명의 편의를 위하여 정의하고 있는 개체들의 명칭들을 동일하게 사용할 수 있다. 하지만 설명의 편의를 위해 사용된 명칭들이 본 발명에 따른 권리를 한정하는 것은 아니며, 유사한 기술적 배경을 가지는 시스템에 대해 동일 또는 용이한 변경에 의해 적용이 가능함은 물론이다.
후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서는 다중 사용자 환경의 BDMA 시스템에서의 빔 운용 장치가 다수의 안테나들과 소수의 디지털 체인에 의해 아날로그 스테이지와 디지털 스테이지로 구분되는 두 개의 스테이지, 즉 이중 스테이지 빔 포밍 구조를 사용함을 가정한다.
그리고 본 발명의 실시 예에서는 다중 사용자 무선 통신 환경에서 기지국이 하이브리드 빔-포밍 시스템을 사용할 때, 적절한 아날로그 빔 운용 기법을 마련하고자 한다. 여기서 상기 하이브리드 빔-포밍 시스템은 하이브리드 빔-포밍 구조를 사용하는 기지국과 단일 안테나를 사용하는 다수 단말들이 통신하는 무선 통신 시스템을 대표한다.
이를 위해 마련될 아날로그 빔 운용 기법은 운용 프로토콜 및 필요한 신호와 정보의 규격 그리고 고려하고 있는 시스템에 맞는 적응적 빔 설계 기법을 포함한다.
여기서 적응적 빔 설계 기법은 기본 아날로그 빔 운용 환경과 단말의 요청을 동시에 고려하여 유효 채널 정보를 활용하는 알고리즘을 통해, 기본 아날로그 빔 운용에서 발생하는 전송 성능의 열화를 방지할 수 있도록 한다. 상기 아날로그 빔 운용 프로토콜에서는 프레임 구조와 운용 처리 절차 (flow)에 대해 정의하도록 한다
즉 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서는 신호 규격을 포함한 프레임 구조와 운용 처리 절차로 나타낸 아날로그 빔의 운용 방안 (시나리오)에 대해 설명할 것이다. 그리고 유효 채널 정보를 활용하여 아날로그 빔을 설계하는 것에 대해 설명할 것이다.
이하 본 발명에서 제안하고자 하는 바를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용하기 위한 다중 사용자 환경의 BDMA 시스템의 일 예를 보이고 있다. 즉 도 1에서는 이중 스테이지 빔 포밍 구조를 가지는 기지국과 단일 안테나를 사용하는 다수의 단말들이 통신하는 무선 통신 환경을 가정하고 있다. 또한 도 1에서 보이고 있는 BDMA 시스템은 다수의 단말들에 대한 빔 할당을 위한 아날로그 빔 운용이 기지국에 의해 수행됨을 가정하고 있다.
도 1을 참조하면, 기지국(120)은 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 중 적어도 하나의 단말로 아날로그 빔을 할당하고, 상기 할당된 아날로그 빔을 이용하여 상기 적어도 하나의 단말과의 통신을 수행한다.
예컨대 상기 기지국(120)은 K개의 무선 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K)과의 통신을 수행하기 위해, 모든 안테나들 (M antennas)에 대한 무선 단말 별 채널들 (h1 ......hk )을 형성한다. 즉 상기 기지국(120)에서 아날로그 빔 (W)을 사용할 경우, 상기 사용하고 있는 모든 아날로그 빔들에 대한 무선 단말 별 유효 채널 (h1 ......hk )이 생성된다. 상기 무선 단말 별로 형성되는 유효 채널은 
내지 
로 정의될 수 있다. 따라서 아날로그 빔은 무선 단말 별로 할당된다기 보다는 모든 아날로그 빔들이 무선 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K)의 채널에 영향을 미치는 형태를 가진다.
상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 각각은 상기 기지국(120)에 의해 형성된 채널들 (h1 ......hk ) 중 자신에게 영향을 미치는 적어도 하나의 유효 채널에 상응한 유효 채널 품질을 측정한다. 뿐만 아니라 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 각각은 상기 기지국(120)이 채널 품질 측정에 따른 유효 채널 정보 (Effective channel information)를 획득할 수 있도록 파일럿 신호를 전송한다.
일 예로 상기 유효 채널 정보는 채널의 품질을 나타내는 채널 품질 정보 (CQI: Channel Quality Information)뿐만 아니라 채널의 방향에 관한 정보까지도 포함하는 채널 상태 정보 (CSI: Channel State Information)가 될 수 있다.
상기 기지국(120)은 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 중 적어도 하나의 단말로부터 전송되는 파일럿 신호를 이용하여 유효 채널 정보를 획득한다. 상기 기지국(120)은 상기 획득한 유효 채널 정보를 기반으로 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 또는 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 중 서비스 사용 요청한 하나 또는 복수의 단말을 대상으로 아날로그 빔을 운용한다. 즉 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 또는 일부 단말을 대상으로 아날로그 빔들을 이용한 빔-포밍을 수행한다.
이를 위해 상기 기지국(120)은 다수의 안테나들 (M antennas)과 소수의 디지털 체인 (N RF chains)에 의한 하이브리드 빔-포밍 구조를 가진다. 상기 하이브리드 빔-포밍 구조에서 다수의 안테나들 (M antennas)은 아날로그 스테이지 (analog stage)에 해당하고, 소수의 디지털 체인 (N RF chains)은 디지털 스테이지 (digital stage)에 해당한다.
상기 아날로그 스테이지 (analog stage)는 하이브리드 빔-포밍 운용 중 아날로그 빔-포밍 운용을 수행하는 구성에 대응하고, 상기 디지털 스테이지 (digital stage)는 하이브리드 빔-포밍 운용 중 디지털 빔-포밍 운용을 수행하는 구성에 대응한다.
일 예로 상기 디지털 스테이지 (digital stage)에 해당하는 디지털 체인 (N RF chains)의 개수 N은 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K)의 개수 K에 대응한다. 따라서 아날로그 스테이지 (analog stage)에 해당하는 다수의 안테나들 (M antennas)의 개수 M은 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K)의 개수 K보다 많음을 알 수 있다.
상기 아날로그 스테이지 (analog stage)는 아날로그 빔-포밍 운용 유닛(122)을 포함하고, 상기 디지털 스테이지 (digital stage)는 디지털 체인 (N RF chains)에 상응한 아날로그-디지털 변환부들(124, 126)과, 디지털 빔-포밍 운용 유닛(128)을 포함한다.
상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛(122)은 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 중 적어도 하나의 단말의 서비스 요청에 따라 적응적으로 아날로그 빔을 운용한다. 여기서 적응적인 아날로그 빔 운용을 위해서는 운용 프로토콜 및 정보 규격에 대한 정의가 이루어질 필요가 있다. 상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛(122)은 아날로그 빔 운용을 위해 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K)에 의해 피드-백되는 유효 채널 정보를 활용할 수 있다. 다른 예로 상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛(122)은 아날로그 빔 운용을 위해 활용할 유효 채널 정보를 수신 신호로부터 추정할 수도 있다.
상기 아날로그-디지털 변환부들(124, 126)은 상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛(122)에 의해 출력되는 아날로그 신호들 각각을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
상기 디지털 빔-포밍 운용 유닛(128)은 상기 아날로그-디지털 변환부들(124, 126)에 의해 출력되는 디지털 신호들을 입력으로 하여 디지털 빔을 운용한다. 상기 디지털 빔-포밍 운용 유닛(128)은 디지털 빔 운용을 위해 상기 다수의 단말들 (S1......SK)(110_1......110_K) 중 일부 또는 전부에 대해 추정한 유효 채널 정보를 활용할 수 있다. 이때 상기 유효 채널 정보의 추정은 단말에 의해 전송되는 파일럿 신호를 기반으로 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 빔 운용에 대한 하나의 시나리오를 보이고 있다.
도 2에서 보이고 있는 시나리오는 TDD 방식을 지원하기 위한 구조의 프레임을 기반으로 상향링크 및 하향링크 신호를 전송하는 예에 대한 것이다. 이때 하나의 프레임은 두 개의 상향링크 전송 구간과 두 개의 하향링크 전송 구간을 포함한다.
그리고 도 2에서 보이고 있는 시나리오는 첫 번째 프레임 (현재 프레임)에서의 데이터를 전송한 무선 단말의 서비스 요청에 의해 두 번째 프레임 (다음 프레임)의 사용을 허락하는 것을 가정하고 있다. 즉 제안하는 아날로그 빔 운용은 기본적으로 정해진 빔 패턴을 주기적으로 운용하는 라운드-로빈 (round-robin) 방식을 기반으로, 사용할 아날로그 빔을 프레임 단위로 변경하는 것을 전제로 한다.
정리하면, 도 2에서는 기지국과 여러 단말들 간의 통신이 이루어지는 상황에서 특정 단말 (제1무선 단말)이 기지국으로부터 아날로그 빔 (W1 )이 켜졌을 때, 데이터 수신에 실패하여 다음 프레임에서 데이터 재전송을 요청하는 시나리오를 가정하고 있다.
도 2를 참조하면, 현재 프레임의 첫 번째 상향링크 전송 구간(210)에서 제1무선 단말 (MS1)은 기지국 (BS)으로 데이터를 전송한다. 이때 상기 제1무선 단말은 기지국이 유효 채널 정보를 획득할 시에 이용할 파일럿 신호를 전파한다. 이때 제1무선 단말에 의한 데이터 전송 및 파일럿 신호의 전송은 기지국이 기본 아날로그 빔 운용에 의해 현재 프레임에 대해 할당한 아날로그 빔 (
)을 기반으로 이루어진다.
상기 기지국은 상향링크 전송 구간(210)에서 제1무선 단말로부터 전송되는 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 수신한 상향링크 전송 구간(210)의 다음에 위치하는 하향링크 전송 구간(212)에서 상기 데이터의 수신에 대응한 응답 신호를 제1무선 단말로 전송한다.
도 2에서는 상기 기지국이 하향링크 전송 구간(212)에서 전송한 응답신호를 상기 제1무선 단말에서 정상적으로 수신하지 못한 상황을 가정하고 있다. 상기 제1무선 단말이 상기 기지국의 응답신호를 정상적으로 수신하지 못하는 상황은 두 가지 경우를 가정할 수 있다.
첫 번째로 기지국이 데이터를 정상적으로 수신하지 못하여 응답신호로 NACK를 상기 제1무선 단말로 전송하는 경우를 가정할 수 있다. 그리고 두 번째로 기지국이 데이터를 정상적으로 수신하여 응답신호로 ACK를 상기 제1무선 단말로 전송하였으나 이를 상기 제1무선 단말이 이를 정상적으로 수신하지 못한 경우를 가정할 수 있다.
하지만 상기 두 가지 경우 모두에 있어, 상기 제1무선 단말은 앞서 상기 기지국으로 전송한 데이터의 재 전송이 필요한 것으로 판단할 것이다. 따라서 상기 제1무선 단말은 상기 기지국에게 정상적으로 전달되지 않은 데이터를 재송하거나 추가 데이터의 전송을 위해서는 상기 기지국에게 서비스를 다시 요청하여야 한다. 예컨대 도 2에서는 상기 제1무선 단말이 현재 프레임의 두 번째 상향링크 전송 구간(214)에서 상기 기지국으로 서비스를 요청함을 보이고 있다.
상기 기지국은 현재 프레임의 두 번째 상향링크 전송 구간에서 상기 제1무선 단말로부터 서비스 요청을 접수하면, 기본 아날로그 빔 운용 환경과 상기 제1무선 단말의 서비스 요청을 함께 고려하여 적응적 아날로그 빔 운용 기법에 의해 변경할 아날로그 빔을 설계한다. 상기 BS는 상기 제1무선 단말 또는 그 외의 무선 단말들에 의해 전송된 파일럿 신호의 수신을 기반으로 유효 채널 정보를 획득하고, 상기 획득한 유효 채널 정보를 변경할 아날로그 빔을 설계할 시에 반영한다. 상기 기지국은 변경할 아날로그 빔을 설계하기에 앞서 서비스를 요청한 상기 제1무선 단말에서 다음 프레임의 사용을 허락할 것인지에 대해서도 결정할 수 있다.
상기 기지국은 다음 프레임의 사용을 상기 제1무선 단말에게 허락하기로 하면, 기본 아날로그 빔 운용 환경과 상기 제1무선 단말의 서비스 요청을 함께 고려하는 적응적 아날로그 빔 운용 기법에 의해 변경할 아날로그 빔 (
)을 결정한다.
여기서 
은 서비스를 요청한 단말을 위해 유효 채널 정보를 활용하여 설계한 아날로그 빔을 가리키는 정보이고, 
는 해당 프레임에서 사용하고자 했던 아날로그 빔 (
)에서 
의 빔 개수만큼을 배제하고 남은 아날로그 빔을 가리키는 정보이다.
따라서 세미-어답티브 빔 (semi-adaptive beam)으로 사용을 위해 결정된 아날로그 빔은 대상 프레임의 사용이 허락된 무선 단말을 위해 최적화되도록 설계하는 것이 바람직할 것이다.
예컨대 상기 기지국은 세미-어답티브 빔의 사용을 결정할 시, 세미-어답티브 빔으로의 사용에 있어 배제할 빔과 단말을 결정한다. 이를 위해 기지국은 무선 단말들에게 서비스할 데이터의 종류, 양, 서비스 우선 순위 (service priority), 요구 서비스 품질 (QoS: Quality of Service) 등을 알고 있음을 가정한다. 상기한 가정에 의하면, 기지국은 알고 있는 정보를 기반으로 상위 계층에서 채널 상황 또는 예상 전송률을 예측하고, 상기 예측에 따른 결과를 기반으로 스케줄링을 수행한다. 상기 매 프레임에서 수행되는 스케줄링에 의해, 상기 BS는 대상 프레임에서 서비스할 무선 단말들을 결정하고, 상기 결정한 무선 단말들을 위해 사용할 빔과 사용하지 않을 빔을 결정한다. 상기 기지국이 사용할 빔과 사용하지 않을 빔을 결정할 수 있는 것은 앞서 결정한 무선 단말들 각각이 선호하는 빔을 기지국이 미리 알고 있기 때문이다.
결국 기지국에서 어떤 무선 단말의 서비스 요청을 받으면, 스케줄링 단계에서 각 무선 단말의 요구 QoS, 서비스 우선 순위, 예상 전송률 등을 종합적으로 고려하여 대상 프레임에서 서비스할 것인지 하지 않을 것인지를 결정한다. 그 후 대상 프레임에서 서비스할 무선 단말들 중 서비스를 요청한 무선 단말이 존재할 시, 상기 기지국은 해당 서비스를 위해 세미-어답티브 빔을 적용할 것을 결정한다. 하지만 대상 프레임에서 서비스할 무선 단말들 중 서비스를 요청한 무선 단말이 존재하지 않을 시, 상기 기지국은 해당 서비스를 위해 이미 정의된 빔을 적용할 것을 결정한다.
상술한 바에 따라, 대상 프레임을 서비스를 요청한 제1무선 단말이 사용할 것을 허락하고, 이때 적용할 세미-어답티브 빔이 결정될 시, 상기 기지국은 상기 서비스를 요청한 제1무선 단말에게 다음 프레임 (대상 프레임)의 사용이 허락되었음을 알리는 응답 신호 (MS1 request ACK)를 전송한다. 그리고 다음 프레임에 적용할 빔이 변경되었음을 알리기 위한 정보 (Beam change indicator)를 다른 무선 단말들에게 전달한다. 예컨대 상기 기지국은 상기 응답 신호 (MS1 request ACK)와 다음 프레임에 적용할 빔이 변경되었음을 알리기 위한 정보 (Beam change indicator)를 다음 프레임 (대상 프레임)의 첫 번째 하향링크 전송 구간(216)에서 전송할 수 있다.
그 후 상기 기지국은 두 번째 하향링크 전송 구간(218)에서 대상 프레임에서의 신호 전송 및 수신을 허락 받은 제1무선 단말로 상기 제1무선 단말이 수신하는데 실패한 데이터를 재전송한다. 물론 도시되고 있지는 않으나 상기 제1무선 단말은 첫 번째 또는 두 번째 상향링크 전송 구간에서 상기 기지국으로 전송에 실패한 데이터 또는 추가 데이터를 전송할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 요청을 고려한 적응적 아날로그 빔 설계를 위해 기지국에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있다.
도 3을 참조하면, 기지국은 무선 단말의 요청을 고려한 적응적 아날로그 빔 설계를 위한 초기화를 수행한다 (310단계, 312단계). 예컨대 상기 기지국은 TDD 방식을 지원하기 위해 정의된 프레임을 식별하기 위한 인덱스 (N)을 1로 초기화한다 (310단계). 그리고 상기 기지국은 무선 단말로부터의 서비스 요청이 접수되지 않을 시에 프레임 별로 적용할 아날로그 빔을 설정한다 (312단계). 일 예로 상기 무선 단말로부터의 서비스 요청이 접수되지 않을 시에 프레임 별로 적용할 아날로그 빔은 기본 아날로그 빔 운용 기법에 의해 설정할 수 있다. 상기 기본 아날로그 빔 운용 기법은 무선 단말로부터의 서비스 요청을 고려하지 않은 일반적인 아날로그 빔 운용 기법이 될 수 있다.
상기 기지국은 채널 상황 또는 예상 전송률 등을 예측하여 스케줄링을 수행한다 (314단계). 즉 상기 기지국은 세미-어답티브 빔의 사용 여부와, 세미-어답티브 빔 사용이 결정될 시에 대상 프레임을 이용한 서비스에서 어떤 빔과 단말을 배제할 것인지를 결정하기 위한 스케줄링을 수행한다.
예컨대 상기 기지국은 대상 프레임의 사용을 요청한 무선 단말의 존재 유무와, 서비스할 데이터의 종류, 양, 서비스 우선 순위, 요구 QoS 등의 스케줄링 정보에 대한 처리를 기반으로 대상 프레임의 사용을 허락할 무선 단말을 결정한다. 그리고 상기 대상 프레임의 사용을 허락할 무선 단말이 서비스를 요청한 무선 단말인지를 판단한다.
상기 기지국은 대상 프레임의 사용을 허락할 무선 단말에 의한 서비스 요청 여부를 기반으로, 대상 프레임에서 세미-어답티브 빔을 사용할 것인지 사용하지 않을 것인지를 판단한다 (316단계).
상기 기지국은 세미-어답티브 빔을 사용하지 않는 것으로 결정하면, 앞에서 프레임 별로 미리 설정한 아날로그 빔을 선택한다 (318단계). 따라서 대상 프레임에서는 기본 아날로그 빔 운용 기법에 의해 미리 설정된 선택한 아날로그 빔을 이용한 신호의 송신 및 수신이 이루어질 것이다.
상기 기지국은 세미-어답티브 빔을 사용할 것으로 결정하면, 세미-어답티브 빔으로 사용할 아날로그 빔을 설계한다 (320단계). 즉 상기 대상 프레임의 사용이 허락된 무선 단말을 위한 최적의 아날로그 빔을 설계하고, 이를 세미-어답티브 빔으로 사용할 아날로그 빔으로 설정한다. 하지만 상기 세미-어답티브 빔으로 사용할 아날로그 빔의 설정은 앞에서 스케줄링 정보를 처리할 시에 함께 이루어질 수도 있다.
상기 기지국은 대상 프레임이 앞에서 결정한 특정 무선 단말에 의해 사용될 것이며, 이때 적용할 세미-어답티브 빔의 식별 정보 (일 예로 세미-어답티브 빔 인덱스 (SBI: Semi-adaptive Beam Indicator))를 상기 특정 무선 단말뿐만 아니라 다른 무선 단말들에게도 전송한다 (322단계).
예컨대 SBI는 세미-어답티브 빔의 결정을 모든 무선 단말들에게 알려주기 위해 사용한다. 이를 위한 구현 예로, 하향링크에서 PDCCH 관련 신호를 담을 경우, 1 비트 정보로 세미-어답티브 빔의 결정을 내릴 수 있다. 이 경우 기지국은 1 또는 0을 송신함으로써, 무선 단말들이 PDCCH를 복호 (decode)했을 때, 세미-어답티브 빔을 사용하고 있는지 아닌지 그 여부를 확인할 수 있다. 즉, SBI를 위한 자원이 할당되며, 그 자원을 복호 (decode)하면, 서비스를 받거나 받지 않을 무선 단말 모두는 기지국에 의한 세미-어답티브 빔의 결정에 대한 응답을 알 수 있다.
만약 SBI가 검출되었다면, 서비스를 요청한 무선 단말은 제어 채널에 의해 제공되는 제어 정보 (control information)를 복호하여 대상 프레임에서의 서비스를 이용하면 된다.
하지만 SBI는 대상 프레임에서의 서비스를 이용하지 못하는 다른 무선 단말들의 동작에도 도움을 주게 된다. 예컨대 현재 빔은 무선 단말로부터의 서비스 요청이 없을 시 사용하기 위해 미리 설정한 빔이 아니기 때문에 사용하는 빔에 대한 정보를 사용하지 않게 하거나, 상향링크에서 세미-어답티브 빔을 사용하는 프레임에서 잠시 쉬고 다른 프레임에 대한 액세스를 시도하도록 판단하는데 도움을 주게 된다.
앞에서도 밝힌 바와 같이 상기 기지국은 서비스 요청에 의해 대상 프레임의 사용이 허락된 무선 단말이 대상 프레임에서의 서비스를 이용하기 위해 요구되는 제어 정보를 제어 채널을 통해 전송한다 (324단계).
상기 기지국은 대상 프레임, 즉 N 번째 프레임에서의 신호 송/수신을 수행한다 (326). 상기 N 번째 프레임에서의 신호 송/수신은 세미-어답티브 빔의 사용 여부에 따라 구분될 수 있다.
만약 세미-어답티브 빔을 사용하지 않는 것으로 결정되었다면, 기본 아날로그 빔 운용 기법에 의해 해당 프레임에 대해 미리 설정된 아날로그 빔을 통해 N 번째 프레임에서의 신호를 송신 및 수신한다.
하지만 세미-어답티브 빔을 사용하는 것으로 결정되었다면, 기지국은 서비스 요청에 의해 해당 대상 프레임의 사용이 허락된 무선 단말과의 변경된 아날로그 빔, 즉 세미-어답티브 빔을 통해 N 번째 프레임에서의 신호를 송/수신한다.
상기 기지국은 328단계에서 다음 프레임에서의 신호 송/수신을 위해, 다음 프레임을 지정할 수 있도록 인덱스 N의 값을 1 증가시킨 후, 상기 312단계 내지 326단계에서 다음 프레임에서의 신호 송/수신을 수행한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 무선 단말에서 수행하는 제어 흐름을 보이고 있다. 도 4에서 보이고 있는 제어 흐름은 기지국으로 다음 프레임의 사용에 대한 서비스를 요청한 무선 단말의 동작에 따른 것이다.
도 4를 참조하면, 무선 단말은 전송 실패 등의 이유로 재전송할 데이터가 존재하거나 추가로 전송할 데이터가 존재할 시에 다음 프레임의 사용을 위한 서비스 요청을 한다 (410단계). 일반적인 라운드-로빈 방식에 따라 프레임을 사용할 무선 단말을 결정하는 것이 아니라 무선 단말의 요청에 의해 프레임을 사용할 것을 허락하기 위해서는 세미-어답티브 빔에 대한 결정이 요구된다. 따라서 무선 단말에 의한 서비스 요청은 세미-어답티브 빔 요청이 될 수 있다.
상기 무선 단말은 자신의 서비스 요청에 대한 응답으로 기지국으로부터 세미-어답티브 빔의 사용이 허락되는지를 판단한다 (412단계). 일 예로 상기 무선 단말은 기지국에 의해 SBI가 방송될 시, 자신이 서비스 요청을 하였을 경우에는 세미-어답티브 빔의 사용이 허락되었다고 판단하고, 자신이 서비스 요청을 하지 않았을 경우에는 세미-어답티브 빔이 다른 무선 단말을 위해 설정되었다고 판단한다.
다른 예로 복수의 무선 단말에 의해 서비스 요청이 이루어질 수도 있음에 따라, 자신이 서비스 요청을 하였다고 하더라도 세미-어답티브 빔의 사용이 허락된 무선 단말을 확인할 수 있는 방안이 마련되어야 할 수도 있다. 이를 위해 기지국은 대상 프레임의 사용을 허락할 무선 단말의 식별하는 정보를 방송할 수 있다.
도 4에서는 서비스 요청한 복수의 무선 단말 중 자신에게 세미-어답티브 빔의 사용이 허락된 경우가 아니라 세미-어답티브 빔의 사용이 어느 무선 단말에게도 허락되지 않은 경우에 있어서의 동작을 가정하고 있다.
따라서 무선 단말은 세미-어답티브 빔의 사용이 허락되지 않으면, 기본 아날로그 빔 운용에 의해 대상 프레임에 미리 설정된 아날로그 빔을 통해 기지국과의 신호 송/수신을 수행한다.
하지만 세미-어답티브 빔의 사용이 허락되었다면, 상기 기지국은 제어 채널을 통해 기지국으로부터 제공되는 제어 정보를 수신한다 (416단계). 여기서 수신하는 제어 정보는 사용이 허락된 세미-어답티브 빔을 통해 대상 프레임에서의 신호 송/수신을 위해 요구되는 제어 정보이다.
상기 무선 단말은 세미-어답티브 빔 사용을 위한 제어 정보를 수신하면, 상기 수신한 제어 정보를 이용하여 세미-어답티브 빔을 기반으로 해당 프레임에서의 신호 송/수신을 수행한다 (418단계).
한편 도 4에서는 서비스 요청을 하지 않은 무선 단말이 수행할 동작에 대해서는 정의하고 있지 않으나, SBI 검출에 의해 서비스 요청을 하지 않은 무선 단말의 동작에도 도움을 줄 수 있다. 예컨대 서비스 요청을 하지 않은 무선 단말은 SBI의 검출에 의해, 기본 아날로그 빔 운용 기법에 의해 미리 설정된 아날로그 빔이 대상 프레임에서 사용되지 않음을 인지할 수 있다. 따라서 서비스 요청을 하지 않은 무선 단말은 미리 설정된 아날로그 빔에 관한 정보를 사용하지 않도록 한다. 그리고 상향링크에서 세미-어답티브 빔을 사용하는 프레임에서 잠시 쉬고, 다른 프레임에서 액세스를 시도하도록 한다.
앞에서 제안된 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 다음 프레임의 사용을 요청하는 서비스 요청이 무선 단말로부터 접수될 시, 기지국이 세미-어답티브 빔으로 사용할 아날로그 빔을 설계하도록 하고 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 세미-어답티브 빔으로 사용할 아날로그 빔을 추정된 유효 채널 정보를 활용하여 설계하는 적응적 아날로그 빔 설계 방안에 대한 하나의 예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 적응적 아날로그 빔 설계를 설명하기 위한 신호 모델의 일 예를 보이고 있다.
도 5에서 아날로그 스테이지에서 출력되는 신호 y는 하기 <수학식 1>로 정의될 수 있다.
여기서 W는 아날로그 빔 운용에 따른 세미-어답티브 빔에 상응한 아날로그 빔의 특성 정보이고, H는 무선 단말과 기지국 간의 채널 특성을 의미하고, s는 무선 단말에 의해 전송된 신호이며, n은 잡음 성분을 의미한다.
상기 <수학식 1>에서 각 신호는 
, 
, 
, 
, 
로 정의될 수 있다. 여기서 N은 안테나 수를 의미하고, M은 디지털 체인의 개수를 의미한다.
일반적으로 아날로그 빔 설계의 목적은 수신 신호의 SNR을 최대화하기 위한 것이므로, 이를 고려할 때에 SNR을 상기 <수학식 1>로부터 유도하면 하기 <수학식 2>와 같다.
일 예로 사용자가 K명인 경우, 채널 특성 H는 하기 <수학식 3>으로 정의될 수 있다.
상기 <수학식 3>에 의거하여 1명에 대한 수식을 전개한 후, 전체 사용자에 대해 정리할 수 있다. 이때 후술될 수식 전개 과정에서는 설명의 편의를 위해 사용자 인덱스를 생략하여 표현하도록 한다.
한편 채널을 아날로그 빔을 포함하는 유효 채널로 나타내면 하기 <수학식 4>로 정의할 수 있다.
첫 번째 프레임에서 채널 추정을 위한 파일럿 신호를 받았을 때의 빔이 
이므로, 이때 추정된 유효 채널 정보는 상기 <수학식 4>에 의해 정의될 수 있다.
상기 <수학식 4>를 전체 채널을 추정한 유효 채널 정보와 알지 못하는 채널 정보로 분리하여 표현하면, 하기 <수학식 5>로 표현될 수 있다.
일반적으로 아날로그 빔을 설계함에 있어, 수신 신호의 평균 SNR을 최대화시키는 것이 목적이므로, 추정된 유효 채널 정보를 활용한 적응적 아날로그 빔 설계에 따른 수신 신호의 평균 SNR은 하기 <수학식 6>으로 정의될 수 있다.
여기서 평균 SNR의 분자 항 (term)을 정리하면, 
이라고 정의할 수 있다. 이 때 이전 프레임에서 사용하였던 아날로그 빔과 직교한 나머지 아날로그 빔은 하기 <수학식 7>과 같이 정의할 수 있다.
상기 <수학식 7>에서 정의된 항 (term)들을 이용하여 평균 SNR을 정리하면, 하기 <수학식 8>과 같다.
상기 <수학식 8>에서 조건부 평균으로부터 알고 있는 값을 예상 (expectation) 밖으로 빼내면, 하기 <수학식 9>와 같다.
상기 <수학식 9>에서 조건부 평균을 포함하고 있는 항 (term)들은 다음의 조건부 평균에 대한 수학적 지식, 즉 <수학식 10>을 이용하여 구할 수 있다.
상술한 바를 기반으로 아날로그 빔 설계에 대한 최적화 문제를 최종적으로 정리하면, 하기 <수학식 11>과 같다.
상기 <수학식 11>의 최적화 문제의 해를 통하여 세미-어답티브 빔에 상응한 아날로그 빔은 하기 <수학식 12>에 의해 구할 수 있다.
앞에서는 아날로그 스테이지에서 아날로그 빔-포밍 운용에 따른 아날로그 빔 설계에 대해 설명하였다. 그 외에 디지털 스테이지에서 디지털 빔-포밍 운용에 따른 디지털 빔 설계는 아날로그 빔이 포함된 유효 채널에 대해 이루어진다. 예컨대 유효 채널 정보를 
로 정의할 때, 통상적으로 잘 알려진 제로-포싱 기준 (zero-forcing criterion)을 이용하여 하기 <수학식 13>과 같이 디지털 빔 설계가 가능하다.
도 6과 7은 제안된 기법과 기존 기법 간의 성능 대비를 보이고 있다.
도 6에서는 i.i.d Rayleigh fading channel 환경, 16개의 안테나와 4개의 디지털 체인 및 제1무선 단말의 전송 성능을 확인하는 것을 시뮬레이션 환경으로 하는 실험에 의한 전송 성능 (data rate) 결과를 보이고 있다. 즉 제안 발명에 따른 방안이 기존 방안에 비해 SNR 15dB 기준으로 약 13%의 전송 성능 (data rate) 이득을 얻을 수 있다.
그리고 도 7에서는 Correlated channel 환경 (angular spread = 10), 16개의 안테나와 4개의 디지털 체인 및 제1무선 단말의 전송 성능을 확인하는 것을 시뮬레이션 환경으로 하는 실험에 의한 전송 성능 (data rate) 결과를 보이고 있다. 즉 제안 발명에 따른 방안이 기존 방안에 비해 SNR 15dB 기준으로 약 50%의 전송 성능 이득을 얻을 수 있다.
이는 고정 빔을 그대로 유지하는 데에 따른 성능 하락과 제안 빔 운용을 통해 전송 성능을 유지하는 데에서 차이가 발생하여 성능 이득이 나타난다고 볼 수 있다. 결국 제안하는 아날로그 빔 운용 프로토콜을 통해 적응적으로 단말에 빔을 맞춰주면 전송 성능을 향상시킬 수 있다.
따라서 VCN/BDMA 통합 네트워크 시스템에서 기지국 (매크로 기지국 및 분산 소형 기지국)과 같이 많은 안테나의 소수 디지털 체인 구조를 가지는 하이브리드 빔-포밍 시스템의 적합한 아날로그 빔 운용 기법으로 적용할 수 있을 것으로 예상될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 변형에 의한 실시가 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 뿐만 아니라 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
예컨대 본 발명에서 제안한 적응적 아날로그 빔-포밍 운용 기법은 단말이 다중 접속/방송을 수행하는 시나리오에 대해서는 단말에 대해 동일하게 적용하는 것이 가능할 것이다. 이때 상기 다중 접속/방송을 수행하는 것은 다수의 데이터를 다른 소스로부터 동시에 송/수신함을 것을 의미한다.
Claims (21)
- 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수보다 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 작은 하이브리드 빔 포밍 구조를 사용하고, 시간 분할 다중 접속 (TDMA) 방식으로 신호를 송수신하는 아날로그 빔 운용 장치의 아날로그 빔 운용 방법에 있어서,
프레임 단위로 신호를 송수신하는 다수의 디바이스들 중 적어도 하나의 디바이스로부터 다음 프레임의 사용 요청을 수신하는 과정;
상기 다음 프레임의 사용이 허락될 상대 디바이스를 위해, 상기 적어도 하나의 디바이스에 대응하는 추정된 유효 채널 정보에 기초하여 아날로그 빔을 변경하는 과정; 및
상기 상대 디바이스에 의한 상기 다음 프레임의 사용이 허용되도록 상기 아날로그 빔이 변경되었음을 나타내는 정보를 상기 다수의 디바이스들로 송신하는 과정을 포함하는 아날로그 빔 운용 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 다음 프레임의 사용을 요청한 적어도 하나의 디바이스 중에서 결정된 상기 상대 디바이스에 의한 상기 다음 프레임의 사용이 허용되도록 상기 아날로그 빔이 변경되었음을 나타내는 정보를 상기 다수의 디바이스들로 송신하는 과정을 더 포함하는 아날로그 빔 운용 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 아날로그 빔이 변경되었음을 나타내는 정보는,
상기 다음 프레임의 첫 번째 신호 전송 구간에서 송신되는 아날로그 빔 운용 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 디바이스로부터 수신된 상기 다음 프레임의 사용 요청은,
현재 프레임의 마지막 신호 수신 구간에서 수신되는 아날로그 빔 운용 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 아날로그 빔을 변경하는 과정은,
상기 적어도 하나의 디바이스로부터 송신된 파일럿 신호를 수신하고, 상기 수신된 파일럿 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 디바이스 각각에 대응하는 유효 채널을 추정하는 과정;
상기 추정된 유효 채널을 이용하여 상기 다음 프레임에서 수신되는 신호에 대응하는 신호 대 잡음 비 (SNR) 를 최대화시킬 것으로 예측되는 아날로그 빔을 설계하는 과정; 및
상기 설계된 아날로그 빔을 상기 변경될 아날로그 빔으로 결정하는 과정을 포함하는 아날로그 빔 운용 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 신호 대 잡음 비 (SNR) 를 최대화시킬 것으로 예측되는 상기 아날로그 빔은,
상기 다수의 디바이스들 각각에 대한 추정 평균 SNR 들의 합에 대응하는 우성 고유 벡터 (dominant eigenvector) 에 의하여 예측되는 아날로그 빔 운용 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 상대 디바이스가 상기 다음 프레임에서 상기 변경된 아날로그 빔을 이용하여 신호를 송신하기 위해 필요한 제어 정보를 물리 다운링크 제어 채널 (Physical Downlink Control Channel)을 통해 상기 상대 디바이스로 송신하는 과정을 더 포함하는 아날로그 빔 운용 방법.
- 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수보다 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 작은 하이브리드 빔 포밍 구조를 사용하고, 시간 분할 다중 접속 (TDMA) 방식으로 신호를 송수신하는 아날로그 빔 운용 장치에 있어서,
프레임 단위로 신호를 송수신하는 다수의 디바이스들 중 적어도 하나의 디바이스로부터 다음 프레임의 사용 요청을 수신하고, 상대 디바이스에 의한 상기 다음 프레임의 사용이 허용되도록 아날로그 빔이 변경되었음을 나타내는 정보를 송신하는 통신 유닛; 및
상기 다음 프레임의 사용이 허락될 상기 상대 디바이스를 위해, 상기 적어도 하나의 디바이스에 대응하는 추정된 유효 채널 정보에 기초하여 상기 아날로그 빔을 변경하는 아날로그 빔-포밍 운용 유닛을 포함하는 아날로그 빔 운용 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛은,
상기 다음 프레임의 사용을 요청한 적어도 하나의 디바이스 중에서 결정된 상기 상대 디바이스에 의한 상기 다음 프레임의 사용이 허용되도록 상기 아날로그 빔이 변경되었음을 나타내는 정보를 상기 다수의 디바이스들로 송신하는 아날로그 빔 운용 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 통신 유닛은,
상기 아날로그 빔이 변경되었음을 나타내는 정보를 상기 다음 프레임의 첫 번째 신호 전송 구간에서 송신하는 아날로그 빔 운용 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 통신 유닛은,
상기 적어도 하나의 디바이스로부터 상기 다음 프레임의 사용 요청을 현재 프레임의 마지막 신호 수신 구간에서 수신하고, 상기 수신된 요청을 상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛에게 제공하는 아날로그 빔 운용 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛은,
상기 적어도 하나의 디바이스로부터 송신된 파일럿 신호를 수신하고, 상기 수신된 파일럿 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 디바이스 각각에 대응하는 유효 채널을 추정하고, 상기 추정된 유효 채널을 이용하여 상기 다음 프레임에서 수신되는 신호에 대응하는 신호 대 잡음 비 (SNR) 를 최대화시킬 것으로 예측되는 아날로그 빔을 설계하고, 상기 설계된 아날로그 빔을 상기 변경될 아날로그 빔으로 결정하는 아날로그 빔 운용 장치.
- 제12항에 있어서,
상기 아날로그 빔-포밍 운용 유닛은,
상기 다수의 디바이스들 각각에 대한 추정 평균 SNR 들의 합에 대응하는 우성 고유 벡터 (dominant eigenvector) 에 의하여 상기 신호 대 잡음 비 (SNR) 를 최대화시킬 것으로 예측되는 상기 아날로그 빔을 예측하는 아날로그 빔 운용 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 통신 유닛은,
상기 상대 디바이스가 상기 다음 프레임에서 상기 변경된 아날로그 빔을 이용하여 신호를 송신하기 위해 필요한 제어 정보를 물리 다운링크 제어 채널 (Physical Downlink Control Channel) 을 통해 상기 상대 디바이스로 송신하는 아날로그 빔 운용 장치.
- 단말이, 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수보다 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 작은 하이브리드 빔 포밍 구조를 갖는 기지국과 시간 분할 다중 접속 (TDMA) 방식을 지원하는 프레임 단위로 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
현재 프레임의 상향링크 전송 구간에서 기지국으로 다음 프레임의 사용 요청을 송신하는 과정;
상기 다음 프레임의 하향링크 전송 구간에서, 상기 기지국으로부터 상기 다음 프레임의 사용이 허락될 상대 디바이스에 대한 정보와, 상기 다음 프레임의 사용을 위해 변경될 아날로그 빔에 대한 정보를 수신하는 과정; 및
상기 상대 디바이스에 대한 정보에 의해 상기 다음 프레임의 사용이 허용된 경우,
상기 변경될 상기 아날로그 빔에 대한 정보에 기초하여 인지된 아날로그 빔을 사용하여, 상기 다음 프레임의 상향링크 전송 구간과 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국과 신호를 송수신하는 과정을 포함하는, 신호를 송수신하는 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 상대 디바이스에 대한 정보에 의해 상기 다음 프레임의 사용이 다른 단말에게 허용된 경우,
기본 아날로그 빔 운용에 의해 미리 정해진 아날로그 빔을 사용하여, 상기 다음 프레임의 상향링크 전송 구간과 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국과 신호를 송수신하는 과정을 더 포함하는, 신호를 송수신하는 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 기지국과의 신호 송수신을 수행하기 위해 필요한 제어 정보를 물리 다운링크 제어 채널 (Physical Downlink Control Channel) 을 통해 상기 기지국으로부터 수신하는 과정을 더 포함하는, 신호를 송수신하는 방법.
- 아날로그 스테이지에 구비된 안테나의 개수보다 디지털 스테이지에 구비된 디지털 체인의 개수가 작은 하이브리드 빔 포밍 구조를 갖는 기지국과 시간 분할 다중 접속 (TDMA) 방식을 지원하는 프레임 단위로 신호를 송수신하는 단말에 있어서,
현재 프레임의 상향링크 전송 구간에서 기지국으로 다음 프레임의 사용 요청을 송신하고, 상기 다음 프레임의 하향링크 전송 구간에서, 상기 기지국으로부터 상기 다음 프레임의 사용이 허락될 상대 디바이스에 대한 정보와, 상기 다음 프레임의 사용을 위해 변경될 아날로그 빔에 대한 정보를 수신하는 통신 유닛; 및
상기 통신 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 상대 디바이스에 대한 정보에 의해 상기 다음 프레임의 사용이 허용된 경우,
상기 변경될 상기 아날로그 빔에 대한 정보에 기초하여 인지된 아날로그 빔을 사용하여, 상기 다음 프레임의 상향링크 전송 구간과 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국과 신호를 송수신하는 단말.
- 제18항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 상대 디바이스에 대한 정보에 의해 상기 다음 프레임의 사용이 다른 단말에게 허용된 경우,
기본 아날로그 빔 운용에 의해 미리 정해진 아날로그 빔을 사용하여, 상기 다음 프레임의 상향링크 전송 구간과 하향링크 전송 구간에서 상기 기지국과 신호를 송수신하는 단말.
- 제18항에 있어서,
상기 통신 유닛은,
상기 기지국과의 신호 송수신을 수행하기 위해 필요한 제어 정보를 물리 다운링크 제어 채널 (Physical Downlink Control Channel) 을 통해 상기 기지국으로부터 수신하는 단말.
- 제18항에 있어서,
상기 아날로그 빔의 사용이 다른 단말에게 허용되지 않고, 상기 아날로그 빔의 사용이 서비스 요청 메시지를 송신한 다수의 단말들 중 하나의 단말에게 허용된 경우,
상기 제어 유닛은,
미리 설정된 아날로그 빔을 통하여 상기 기지국과 신호를 송수신하고,
상기 미리 설정된 아날로그 빔은 기본 아날로그 빔 동작을 이용하여 타겟 프레임에 미리 설정되는 단말.
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