KR102177553B1 - 다중 사용자 지원을 위한 빔포밍 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

다중 사용자 지원을 위한 빔포밍 방법 및 장치를 개시한다. 상기 방법은, 복수의 사용자 단말들로부터 피드백된 채널 정보를 기반으로 상기 사용자 단말들을 위한 서로 다른 빔들을 결정하는 과정과, 상기 빔들에 대한 상기 사용자 단말들의 빔 품질들을 예측하는 과정과, 상기 빔 품질들이 상기 사용자 단말들에 대한 서비스 품질(QoS)을 만족하는지를 판단하는 과정과, 상기 빔들 중 적어도 하나의 제1 빔의 빔 품질이 상기 QoS를 만족하지 못하는 경우, 상기 제1 빔에 대해 간섭으로 작용하는 부엽을 가지는 제2 빔에 와이드 널링을 적용하는 과정과, 상기 제2 빔 대신 상기 와이드 널링 빔을 포함하는 상기 빔들에 대한 빔 품질들을 예측하는 과정과, 상기 제2 빔 대신 상기 와이드 널링 빔을 포함하는 상기 빔들에 대한 빔 품질들이 상기 QoS를 만족하는 경우, 상기 제2 빔 대신 상기 와이드 널링 빔을 포함하는 상기 빔들을 통해 상기 사용자 단말들과 동시에 통신하는 과정을 포함한다.

Description

다중 사용자 지원을 위한 빔포밍 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BEAMFORMING TO SERVING MULTIPLE USER}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 복수의 빔들을 통해 다중 사용자를 서비스하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 기술이 크게 발전하면서 사용자의 요구 사항도 함께 증가하고 있다. 사용자들이 점점 더 고용량, 고품질의 데이터 송수신을 요구하면서, 다수의 안테나를 이용하는 기술이 각광을 받고 있다. 다수의 안테나를 사용하여 특정 방향이나 특정 채널이 큰 이득 값을 얻도록 안테나 각각의 응답 값에 특정 복소수 이득 값을 곱해주는 것은 빔포밍 기술이라고 한다. 이러한 빔포밍을 통해 생성된 이득 값을 빔이라 부르는데 하나의 단말 혹은 기지국에서 다수의 방향이나 다수의 채널로 여러 개의 빔을 생성하는 것을 다중빔 기술이라고 한다.

다중빔을 이용하여 하나의 기지국에서 여러 사용자를 지원하기 위해서 기지국은 각 사용자에 해당하는 신호를 각각 하나의 빔을 통하여 송신한다. 이 때 각 사용자는 각각 원하는 빔의 신호와 원치 않는 빔의 신호(간섭)를 모두 수신하게 된다. 간섭 신호를 줄이기 위하여 간섭에 해당하는 방향의 이득 값을 최소화 하는 기법을 널링(nulling)이라 한다. 통상 사용자는 강한 수신 전력을 갖는 빔 ID만을 피드백 하기 때문에 기지국에서 사용자의 위치를 정확히 알기 힘들다. 따라서 특정 위치를 널링하는 포인트 널링(point nulling) 기법은 빔 통신의 간섭 제거에 있어 실용적이지 못하다. 또한 간섭을 제거하지 않고 동시에 다중사용자를 지원하면 통신성능이 크게 저하된다. 종래의 기술은 인접 셀간의 간섭을 고려할 뿐 다중 사용자의 동시 지원 시 셀 내의 간섭현상은 고려하지 않았다.

본 발명은 빔포밍을 이용한 무선통신 시스템에서 셀 간의 간섭현상 제거를 고려하여 빔을 선택하는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 셀 내의 간섭을 고려하여 빔포밍을 통해 다중 사용자를 동시에 서비스하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 다중 사용자를 동시에 서비스하기 위해 셀 내의 간섭을 감소시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 할당된 빔의 부엽 빔 전력이 다른 사용자에게 야기되는 간섭을 최소화시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은; 기지국의 복수의 송신 빔들을 이용하여 다중 사용자 지원을 수행하기 위한 빔포밍 방법에 있어서, 복수의 사용자 단말들로부터 피드백된 채널 정보를 기반으로 상기 사용자 단말들을 위한 서로 다른 송신 빔들을 결정하는 과정과, 상기 채널 정보는, 상기 사용자 단말들이 상기 서로 다른 송신 빔들에 대해 각각 측정한 신호대 잡음비(SNR)를 포함하고, 상기 송신 빔들 중 적어도 하나의 제1 송신 빔의 SNR이, 상기 제1 송신 빔에 대응하는 제1 사용자 단말에 대한 서비스 품질(QoS)에 따른 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 송신 빔에 대해 간섭으로 작용하는 부엽을 가지는 제2 송신 빔에 와이드 널링을 적용하는 과정과, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들의 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 크거나 같은 경우, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들을 통해 상기 사용자 단말들과 동시에 통신하는 과정을 포함하고, 상기 와이드 널링은, 상기 제2 송신 빔의 복수의 부 엽들 중 상기 제1 송신 빔의 주 엽의 범위에 포함되는 특정 부 엽을 제거하는 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 장치는; 기지국의 복수의 송신 빔들을 이용하여 다중 사용자 지원을 수행하기 위한 빔포밍 장치에 있어서, 빔포밍부와, 상기 빔포밍부를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는, 복수의 사용자 단말들로부터 피드백된 채널 정보를 기반으로 상기 사용자 단말들을 위한 서로 다른 송신 빔들을 결정하고, 여기서 상기 채널 정보는 상기 사용자 단말들이 상기 서로 다른 송신 빔들에 대해 각각 측정한 신호대 잡음비(SNR)를 포함하고, 상기 송신 빔들 중 적어도 하나의 제1 송신 빔의 SNR이 상기 제1 송신 빔에 대응하는 제1 사용자 단말에 대한 서비스 품질(QoS)에 따른 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 송신 빔에 대해 간섭으로 작용하는 부엽을 가지는 제2 송신 빔에 와이드 널링을 적용하고, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들의 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 크거나 같은 경우, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들을 통해 상기 사용자 단말들과 동시에 통신하도록 구성되고, 상기 와이드 널링은, 상기 제2 송신 빔의 복수의 부엽들 중 상기 제1 송신 빔의 주 엽의 범위에 포함되는 특정 부 엽을 제거하는 것임을 특징으로 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명이 적용되는 빔포밍 통신 시스템의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말을 위한 기지국의 빔 선택 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 다중 빔의 사용에 따른 셀내 간섭의 발생 및 간섭 널링(Nulling)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이드 널링을 위한 빔포밍 장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 와이드 널링이 적용된 빔 패턴들을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자의 빔 운용 절차를 나타낸 메시지 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 시나리오를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 첫번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 두번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 세번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 네번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 다섯번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 여섯번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 14a 및 14b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 일곱번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 여덟번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 아홉번째 시나리오를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 동작을 나타낸 흐름도이다.

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. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명이 적용되는 빔포밍 통신 시스템의 일 예를 도시한 것이다.

도 1a를 참조하면, 기지국(110)은 어레이 안테나로 구성된 송신 안테나를 사용하여 셀 내의 사용자 단말(User Equipment: UE)들(120,130)을 서비스할 수 있다. 기지국(110)은 송신 안테나의 방향(혹은 채널)별 이득값들을 조절하여, 원하는 적어도 하나의 사용자 단말(120,130)을 위한 빔을 형성한다. 도시된 예에서 사용자 단말#1(120)은 기지국(110)의 빔#1(112)을 할당받으며, 기지국(110)으로 향하는 빔(122)을 형성할 수 있다. 즉 사용자 단말#1(120)이 장애물로 인해 기지국(110)의 가시선(Line Of Sight) 상에 있지 않더라도 기지국(110)은 빔포밍을 통해 사용자 단말#1(120)에게 요구된 서비스품질(Quality of Service: QoS)의 서비스를 제공할 수 있다. 이와 유사하게 사용자 단말#2(130)은 기지국(110)의 빔#6(114)을 할당받으며, 기지국(110)으로 향하는 빔(132)을 형성할 수 있다. 기지국(110)은 빔들(114,132)을 사용하여 사용자 단말#2(130)과 통신을 수행한다.

도시하지 않을 것이나, 기지국(110)으로부터 사용자 단말(120,130)의 방향으로 향하는 하향링크에 대한 기지국-단말 빔 쌍과, 사용자 단말(120,130)로부터 기지국(110)으로 향하는 상향링크에 대한 단말-기지국 빔 쌍은 상호간에 독립적으로 설정 및 형성될 수 있다.

도 1b를 참조하면, 기지국(110)은 송수신기(150)와 연결된 적어도 하나의 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter: ADC)(120,122)와, ADC(120,122)에 연결된 어레이 안테나(140)를 포함한다. 어레이 안테나(140)는 각 ADC(120,122)에 연결된 적어도 하나의 서브-어레이(130,132)로 구성되며, 각 서브-어레이(130,132)의 안테나 엘리멘트들은 특정한 방향 및 이득의 빔(112,114)을 형성하도록 제어된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말을 위한 기지국의 빔 선택 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 과정 205에서 기지국은 셀 내의 단말들이 기지국의 최적(best) 빔 인덱스를 선택할 수 있도록 미리 약속된 신호, 일 예로서 파일럿, 프리앰블, 비콘 등을 송신한다. 과정 210에서 기지국은 어느 한 단말로부터 선택된 적어도 하나의 빔 인덱스에 대한 정보 및 채널 정보를 담은 피드백이 수신되는지 확인한다. 상기 피드백은 해당 단말에 의해 선택된 적어도 하나의 빔 인덱스, 일 예로서 최대 수신 전력을 가지는 적어도 하나의 기지국 송신 빔을 지시하는 정보와, 상기 선택된 기지국 송신 빔에 대응하는 단말 수신 빔을 지시하는 정보와, 각 기지국-단말 빔 쌍에 대한 채널 품질 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

선택적으로 수행될 수 있는 과정 215에서 기지국은 상기 피드백을 통해 수신한 빔 인덱스에 대한 정보를 인접 기지국들로 제공하고, 인접 기지국들로부터 해당 기지국이 수신한 빔 인덱스에 대한 정보를 수신할 수 있다.

과정 220에서 기지국은 상기 빔 인덱스에 대한 정보와 채널 정보를 기반으로 스케줄링을 수행하여, 특정한 전송 시간 단위(일 예로 시간 슬롯)에서 송신/수신을 수행할 적어도 하나의 단말을 선택하고 상기 단말을 위한 송신/수신 자원, 즉 송신/수신 빔과 자원 영역을 결정한다. 과정 225에서 기지국은 상기 스케줄링 결과에 따라 스케줄된 단말로 하향링크 신호를 전송하거나 혹은 스케줄된 단말로부터 상향링크 신호를 수신한다.

도 3a 및 도 3b는 다중 빔의 사용에 따른 셀내 간섭의 발생 및 간섭 널링(Nulling)을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a를 참조하면, 기지국은 서로 다른 방향에 위치한 사용자들(320,330)로 신호를 송신하기 위해 서로 다른 방향으로 향하는 빔들(302,304)을 동시에 형성할 수 있다. 각 빔은 주 방향(main direction)을 향하는 주 빔(main beam), 즉 주 엽(main lobe)과, 주빔과는 다른 방향으로 형성되는 다수의 부엽들(side lobes)로 구성된다. 이때 어떤 사용자(320)을 위한 빔(302)의 적어도 하나의 부엽이 다른 사용자(330)를 위한 빔(304)의 주엽과 중첩될 수 있으며, 이로 인해 상기 부엽은 사용자(320)에게 간섭으로 작용하게 된다. 실제 통신 상황에서 부엽 빔으로 인한 간섭 현상을 무시할 수 없다. 따라서 다중 사용자를 동시에 지원하기 위해서는 셀 내의 간섭현상, 특히 부엽에 의한 간섭현상을 고려해야 한다.

도 3b를 참조하면, 다중 빔들(312,314)의 형성이 도시되어 있다. 사용자(320)을 위한 빔(310)을 형성할 때 사용자(330)의 방향으로 널링을 형성함으로써 사용자(330)로 유입되는 셀내 간섭을 제거(혹은 최소화)할 수 있다. 다중 사용자를 위한 다중 빔을 사용하는 시스템에서 넓은 범위의 널링, 즉 와이드 널링(Wide Nulling)을 이용해 사용자 간의 간섭현상을 제거할 수 있다. 도시한 바와 같이 와이드 널링이 적용된 빔(312)는 사용자(330)의 방향으로 부엽을 형성하지 않으며, 따라서 사용자(330)에 대한 간섭이 최소화된다. 와이드 널링은 지정된 방향, 일 예로서 상기 부엽의 방향을 주 방향으로 하고, 제어 가능한 소정의 영역에 대해 수행될 수 있다. 일 예로 와이드 널링 영역은 사용자(320)에 대해 적용되며, 사용자(330)에 해당하는 빔(310)의 주엽 전역에 걸쳐 존재한다.

이상과 같이 와이드 널링 기법을 통해 셀 내 간섭을 줄임으로써 각 사용자의 수신 전력 레벨이 일정하게 유지되고 통신 환경이 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이드 널링을 위한 빔포밍 장치의 구조를 나타낸 것이다. 여기서 빔포밍 장치는 기지국 혹은 사용자 단말이 될 수 있다.

도 4를 참조하면, 송수신기(402)는 제어 가능한(controllable) 감쇠기들(404; 404a,404b,404e,404f를 포함함)를 통해 혹은 직접 복수의 위상 천이기들(406; 406a,406b,406c,406d,406e,406f를 포함함)로 구성된 위상 어레이(Phase Array)와 연결된다. 위상 천이기들(406)은 어레이 안테나(408)를 구성하는 복수의 안테나 엘리멘트들(408a,408b,408c,408d,408e,408f)에 각각 연결되어, 해당하는 방향으로의 이득 값을 결정한다. 감쇠기들(404)는 어레이 안테나의 안테나 엘리멘트들(408) 중 가장 끝의 소수(일 예로 1개 혹은 2개)의 안테나 엘리멘트들(408a,408b,408e,408f)에만 적용된다. 도시된 예에서 첫번째 및 두번째 안테나 엘리멘트들(408a,408b)에 대응하는 위상 천이기들(406a,406b)은 각각 감쇠기(404a,404b)를 통해 송수신기(402)와 연결되고, 마지막 및 그 직전의 안테나 엘리멘트들(408e,408f)에 대응하는 위상 천이기들(406e,406e)은 각각 감쇠기(404e,404e)를 통해 송수신기(402)와 연결된다. 나머지 안테나 엘리멘트들(408c,408d)에 대응하는 위상 천이기들(406c,406d)은 감쇠기 없이 송수신기(402)와 연결된다.

제어기(420)은 수신기들(일 예로 사용자 단말들)로부터 피드백된 정보와 빔들에 대해 예측된 빔 품질을 기반으로 감쇠기들(404)과 위상 천이기들(406)을 제어하여 와이드 널링을 포함한 빔포밍을 수행한다. 어레이 안테나(408)은 제어 가능한 널링 영역(410)을 가지는 빔(412)을 송신한다.

이상과 같이 비교적 적은 개수의 감쇠기를 사용하여 와이드 널링을 적용함으로써, 셀 내 다른 사용자에게로 유입되는 간섭을 줄이는 한편, 전력 소모와 발열을 최소화 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 와이드 널링이 적용된 빔 패턴들을 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 기지국(500)은 서로 다른 방향에 위치한 사용자1,2(520,530)으로 신호를 송신하기 위해 해당하는 방향으로 향하는 빔1,2(510,514)을 동시에 형성할 수 있다. 빔 2(514)를 위한 널링 영역1(512)은 사용자1(520)로 향하는 빔1(510)의 방향이 될 수 있다. 즉 널링 영역1(512)는 사용자 1(520)을 위한 저 간섭 영역(Low Interference Region)이 된다. 빔 1(510)를 위한 널링 영역2(516)는 사용자2(530)로 향하는 빔2(514)의 방향이 될 수 있다. 즉 널링 영역2(516)는 사용자 2(530)을 위한 저 간섭 영역이 된다.

와이드 널링은, 기지국이 사용자의 위치, 즉 방향을 정확히 알기 어렵기 때문에 효과적이다. 즉, 사용자는 강한 수신 전력 레벨을 갖는 적어도 하나의 빔 인덱스만을 피드백 하기 때문에 기지국에서 사용자의 위치를 정확히 알기 힘들다. 와이드 널링 기법으로는 널 브로드닝(Null Broadening) 혹은 부엽 최소화(Side Lobe Minimization)가 사용될 수 있다.

안테나의 개수가 N개일 때, 어레이 안테나의 각도(θ) 별 응답(response)은 다음 <수학식 1>과 같다.

여기서 d는 어레이 안테나에서 안테나 간 간격이며,

는 파장이고,

는 n번째 안테나 엘리멘트의 가중치(즉 이득값)로서, 감쇠기와 위상천이기에 의해 구현될 수 있다.

널링 영역은 다음 <수학식 2>와 같이 설정될 수 있다.

여기서 M은 설정 가능한 널링 영역의 크기로서, 안테나 엘리멘트별 빔 각도의 단위로 N보다 작은 값으로 설정된다.

M개의 각도에 따른 M×N 행렬

는 다음 <수학식 3>과 같이 정의된다.

여기서 A _c (m,n)은 행렬

의 한 성분으로서, m번째 행과 n번째 열의 성분을 의미한다.

의 값과

의 각 성분의 값이 복소수 이기 때문에 계산의 편의성을 위하여

에 해당하는 실수벡터

와

에 해당하는 각 성분의 값이 실수인

를 다음 <수학식 4> 및 <수학식 5>와 같이 설정한다.

여기서

는

의 첫 번째 원소의 실수값을 나타내며

는

의 첫 번째 원소의 허수값을 나타낸다. 나머지 원소들도 마찬가지로 정의된다.

빔 널링을 위해서는 다음 <수학식 6>을 최소화하는

를 찾는다.

그러나 빔 널링은 주 빔의 이득과는 관련이 없으므로, 간섭 널링을 위해서는 다음 <수학식 7>과 같은 제한 조건이 필요하다.

는 특정한 주 빔에 해당하는 각도의 응답을

와 같은 방식으로 변환한 행렬이며, Th는 간섭 널링을 위해 정해지는 문턱 값이다. 상기 특정한 주 빔이란 간섭 제거할 대상의 빔의 주 엽 빔을 의미한다.

<수학식 6>은 하기의 <수학식 8>과 같이 다시 쓸 수 있다.

마찬가지로 <수학식 7>은 하기의 <수학식 9>와 같이 다시 쓸 수 있다.

마지막으로 감쇠기의 사용을 제거 혹은 최소화하기 위해 다음과 같은 제한이 필요하다.

하지만 상기 <수학식 10>은 NP-hard(Nondeterministic Polynomial)로 알려져 있기 때문에, 다음 <수학식 11> 및 <수학식 12>를 사용한다.

여기서 W는 안테나 가중치들의 미리 정의되는 집합을 의미한다. 즉 W 중 <수학식 12>를 만족하는 안테나 가중치를 선택할 수 있다.

그러면 다음 <수학식 13>과 같은 식을 얻는다.

여기서 tr()는 트레이스(trace) 행렬을 의미하는 것으로서, 행렬에서 대각(diagonal) 성분들을 모두 더한 값을 계산한다.

최종적으로 다음 <수학식 14>와 같은 최적화 문제를 설정할 수 있다.

상기 <수학식 14>의 최적화 문제를 풀어 얻어진 W로부터 SVD(singular value decomposition)를 이용하여 하기 <수학식 15>와 같이

를 구할 수 있다.

상기 <수학식 15>를 통해 구한

는 와이드 널링을 위한 안테나 엘리멘트의 가중치, 즉 감쇠기와 위상 천이기의 제어 값이 된다.

상기와 같이 구현될 수 있는 와이드 널링을 통한 부 엽 최소화(side lobe minimization)는 간섭 널링에는 매우 효과가 있지만 반대로 Th의 설정에 따라 주 빔의 이득 값이 줄어들 수 있다. 실제 통신에서는 주 빔의 이득이 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)에 더 영향을 많이 끼치므로, 즉 SINR은 부 엽보다 주 빔의 이득 값에 더 민감하다. 따라서 주 빔의 이득 손실을 최소화하고 주 엽의 이득 값은 Th 보다 작은 값을 갖도록 제한할 필요가 있다. 따라서 다음과 같은 <수학식 16>이 설정될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자의 빔 운용 절차를 나타낸 메시지 흐름도이다. 여기에서는 기지국 내에 3개의 사용자 단말이 위치하는 경우의 예를 도시하였다.

도 6을 참조하면, 과정 605에서 기지국은 빔 스위칭을 통해 기지국의 송신 가능한 모든 송신 빔들을 통해 파일럿 신호들을 송신한다. 기지국은 단말들과의 사이에 미리 약속된 N개의 슬롯들 동안 N개의 송신 빔들을 통해 각각 파일럿 신호를 송신할 수 있다. 단말들은 상기 N개의 슬롯들 동안 기지국으로부터의 수신되는 신호의 수신 전력을 측정하고, 미리 약속된 임계값보다 높으면서 가장 높은 수신 전력 레벨이 검출된 슬롯에 대응하는 빔 인덱스를 결정한다. 일 예로 단말은 n번째 슬롯에서 미리 약속된 임계값보다 높으면서 가장 높은 수신 전력 레벨이 검출된 경우, 빔 인덱스 n을 최적 빔으로서 결정할 수 있다. 단말은 하나 혹은 그 이상의 최적 빔들에 대응하는 빔 인덱스들을 결정할 수 있다.

과정 610,615,620에서 단말들은 자신의 최적 빔을 나타내는 빔 인덱스와 상기 최적 빔에 대한 채널 정보를 기지국으로 피드백한다. 상기 채널 정보는 일 예로서 빔 ID 피드백 및 상기 최적 빔에 대해 측정된 SINR 혹은 SNR(Signal to Noise Ratio)를 포함할 수 있다.

과정 625에서 기지국은 상기 빔 인덱스와 채널 정보를 기반으로 스케줄링을 수행하여 특정한 슬롯에서 송신/수신을 수행할 적어도 하나의 단말을 선택하고, 상기 단말을 위한 송신/수신 빔 및/또는 자원 영역을 결정한다. 일 예로서 단말 1,3이 스케줄되었을 때, 단말 1을 위해 빔 2가 선택되고, 단말 3을 위해 빔 6이 선택될 수 있다. 다중 사용자 전송이 가능한 경우 기지국은 동시에 지원할 수 있는 가장 적절한 사용자 쌍, 즉 2개의 단말들을 선택하고, 사용자 쌍에 대하여 준-채널 모델링(Quasi-channel modeling)을 수행한다. 여기서 준 채널 모델링이란 스케줄된 사용자들을 기지국 측면에서 LOS 채널로 모델링 하는 것을 뜻한다.

과정 630에서 기지국은 스케줄된 단말들의 셀 내 간섭을 제거하기 위해 필요한 경우 와이드 널링을 위한 빔 설정(Beam Setting)을 수행할 수 있다. 구체적으로 기지국은 특정 단말의 채널 정보, 즉 SNR이 요구된 QoS를 만족하지 못하는 경우, 상기 단말의 방향으로 형성되는 부 엽에 대한 널링을 적용한다. 상기의 예를 참조할 때, 단말 3로부터 보고된 SNR이 요구된 QoS에 따른 임계값보다 작다면, 기지국은 단말 1을 위한 빔 2에 대해, 빔 6의 방향에 대한 와이드 널링을 수행함으로써, 빔 2에 의해 형성되는 특정 부 엽을 제거할 수 있다. 기지국은 상기 빔 설정을 통해 어레이 안테나를 위한 와이드 널링이 적용된 가중치들을 결정한다. 빔 설정을 위해 가능한 시나리오들의 예에 대해서는 후술될 것이다.

과정 635에서 기지국은 상기 빔 설정을 통해 결정된 가중치들을 어레이 안테나의 안테나 엘리멘트들에 적용하여 다중 빔을 형성한다. 일 예로서 빔 설정을 위한 일 시나리오로서, 상기 다중 빔은 사용자를 위해 최초에 생성되는 빔(이하 기본 빔이라 칭함)과 빔 설정에 따른 와이드 널링 빔을 포함할 수 있다. 상기 다중 빔을 통해 스케줄된 단말들을 위한 하향링크 신호가 전송된다.

과정 640,645에서 스케줄된 단말들, 즉 단말 1,3으로부터 상기 하향링크 신호에 대한 응답인 ACK(Acknowledgement)/NACK(Non-Acknowledgement) 신호가 수신된다. 스케줄된 단말들로부터 ACK 신호가 수신된 경우, 빔 설정된 다중 빔을 계속하여 사용하여 스케줄된 단말들을 동시에 지원한다. 반면 스케줄된 단말들 중 적어도 하나로부터 NACK 신호가 수신된 경우, 기지국은 두 단말에게 시간 자원을 분배하여 신호를 송신한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 시나리오를 나타낸 것이다.

도 7을 참조하면, 기지국(700)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(710,720)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(710)을 위한 기본 빔 1(702)과 사용자 2(즉 UE2)(720)를 위한 기본 빔 2(704)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(702)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(704)의 주 빔 방향과 중첩하며, 따라서 기본 빔 2(704)에 대한 간섭(706)으로 작용할 수 있다. 기지국(700)은 사용자 1(710)에 해당하는 채널을 준-LOS 채널로 모델링함으로써 앞서 수신한 기본 빔 1(702)에 대한 사용자 1(710)의 피드백으로부터 널링 빔 1에 대한 사용자 1(710)의 빔 품질을 예측할 수 있으며, 마찬가지로 사용자 2(720)에 해당하는 채널을 준-LOS 채널로 모델링함으로써 널링 빔 2에 대한 사용자 2(720)의 빔 품질을 예측한다. 상기 빔 품질은 일 예로서 BINR(Beam to Interference and Noise Ratio)로 계산될 수 있다. 기지국은 각 사용자에 대해 예측된 BINR(712,722)을 이용하여 와이드 널링을 적용하기 위한 빔 설정을 수행한다.

이하 스케줄된 사용자 쌍의 빔 설정을 위해 가능한 시나리오들의 예를 설명한다.

첫째, 모든 사용자의 기본 빔을 중복으로 사용하였을 때 모든 사용자의 QoS가 만족된다면, 기지국은 두 개의 기본 빔을 중복으로 사용하여 두 사용자와 통신한다.

둘째, 모든 사용자가 기본 빔을 중복으로 사용하였을 때 두 사용자 모두 QoS를 만족하지 못한다면, 기지국은 두 사용자의 빔들 모두에 와이드 널링을 적용하여 QoS를 다시 계산한다. 그런데도 불구하고 두 사용자 중 어느 한 사용자라도 QoS를 만족하지 못한다면 기지국은 두 사용자에게 시간 슬롯을 나누어 각자의 신호를 송신한다. 즉 다중 사용자의 동시 전송이 불가능한 것으로 판단한다.

셋째, 모든 사용자가 기본 빔을 중복으로 사용하였을 때 어느 한 사용자(즉 제2 사용자)가 QoS를 만족하지 못한다면, 기지국은 제2 사용자에 해당하는 부엽을 널링하여 두 사용자의 Qos를 다시 계산한다. 그런데도 불구하고 제2 사용자가 QoS를 만족하지 못한다면 기지국은 두 사용자에게 시간 슬롯을 나누어 각자의 신호를 송신한다.

넷째, 모든 사용자가 기본 빔을 중복으로 사용하였을 때 어느 한 사용자(즉 제2 사용자)가 QoS를 만족하지 못한다면, 기지국은 제1 사용자의 빔 중 제2 사용자에 해당하는 부엽을 널링하여 두 사용자의 Qos를 다시 계산한다. 두 사용자의 QoS가 모두 만족되었다면 기지국은 제1 사용자의 널링된 빔과 제2 사용자의 기본 빔으로 두 사용자를 위한 신호를 송신한다.

마지막으로, 모든 사용자가 기본 빔을 중복으로 사용하였을 때 어느 한 사용자(제2 사용자)가 QoS를 만족하지 못한다면, 기지국은 제1 사용자의 빔 중 제2 사용자에 해당하는 부엽을 널링하여 두 사용자의 QoS를 다시 계산한다. 널링 이후 제1 사용자가 QoS를 만족하지 못하는 상태로 바뀌고 제2 사용자가 QoS를 만족한다면 기지국은 제1 사용자 및 제2 사용자 모두의 빔들에 널링을 적용하여 QoS를 다시 계산한다. 그럼에도 불구하고 여전히 QoS를 넘지 못하는 사용자가 존재한다면 기지국은 두 사용자에게 시간 슬롯을 나누어 각자의 신호를 송신한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 첫번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS에 따른 BINR의 임계값이 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 8을 참조하면, 기지국(800)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(810,820)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(810)을 위한 기본 빔 1(802)과 사용자 2(즉 UE2)(820)를 위한 기본 빔 2(804)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(802)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(804)의 주 빔 방향과 중첩하여, 사용자 2(820)에 대한 간섭(806)으로 작용하고 있다.

기본 빔 1(802)에 대해 예측된 사용자 1(810)의 BINR(812)은 20dB이며, 기본 빔 2(804)에 대해 예측된 사용자 2(820)의 BINR(822) 은 15dB이다. 두 기본 빔(802,804)이 모두 QoS 기준인 10dB보다 큰 BINR을 가지므로, 기지국(800)은 스케줄된 시간 단위인 시간 슬롯 #n에서 두 사용자(810,820)을 위해 기본 빔(802,804)으로 동시에 신호를 송신할 것으로 결정한다.

도 9a 및 9b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 두번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 9a를 참조하면, 기지국(900)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(910,920)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(910)을 위한 기본 빔 1(902)과 사용자 2(즉 UE2)(920)를 위한 기본 빔 2(904)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(902)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(904)의 주 빔 방향과 중첩하여, 사용자 2(920)에 대한 간섭(906)으로 작용하고 있다.

기본 빔 1(902)에 대해 예측된 사용자 1(910)의 BINR(912)의 값은 6dB이며, 기본 빔 2(904)에 대해 예측된 사용자 2(920)의 BINR(922)의 값은 8dB이다. 두 기본 빔(902,904)이 모두 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(900)은 두 사용자(910,920)의 빔들(902,904) 모두에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(910,920)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 9b를 참조하면, 사용자 1(910)의 와이드 널링 빔(906)에 대한 BINR(914)은 9dB이며, 사용자 2(920)의 와이드 널링 빔(908)에 대한 BINR(924)은 11dB이다. 사용자 1(910)의 BINR(914)이 QoS 기준인 10dB보다 작으므로, 기지국(900)은 두 사용자(910,920)를 위한 동시 전송이 불가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 시간 슬롯 #n,#k에서 두 사용자(910,920)을 위해 각자의 신호를 송신할 것으로 결정한다. 이때 두 사용자(910,920)을 위해 기본 빔(902,904)이 사용될 수 있다.

도 10a 및 10b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 세번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 10a를 참조하면, 기지국(1000)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(1010,1020)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(1010)을 위한 기본 빔 1(1002)과 사용자 2(즉 UE2)(1020)를 위한 기본 빔 2(1004)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(1002)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(1004)의 주 빔 방향과 중첩하여, 사용자 2(1020)에 대한 간섭(1006)으로 작용하고 있다.

기본 빔 1(1002)에 대해 예측된 사용자 1(1010)의 BINR(1012)의 값과, 기본 빔 2(1004)에 대해 예측된 사용자 2(1020)의 BINR(1022)의 값은 모두 8dB이다. 두 기본 빔(1002,1004)이 모두 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(1000)은 두 사용자(1010,1020)의 빔들(1002,1004) 모두에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1010,1020)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 10b를 참조하면, 사용자 1(1010)의 와이드 널링 빔(1006)에 대한 BINR(1014)은 11dB이며, 사용자 2(1020)의 와이드 널링 빔(1008)에 대한 BINR(1024)은 10dB이다. 두 사용자(1010,1020)의 BINR(1014,1024)이 모두 QoS 기준인 10dB보다 크므로, 기지국(1000)은 두 사용자(1010,1020)를 위한 동시 전송이 가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 시간 슬롯 #n에서 와이드 널링 빔(1006,1008)을 통해 두 사용자(1010,1020)을 위해 각자의 신호를 동시에 송신할 것으로 결정한다.

도 11a 및 11b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 네번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 11a를 참조하면, 기지국(1100)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(1110,1120)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(1110)을 위한 기본 빔 1(1102)과 사용자 2(즉 UE2)(1120)를 위한 기본 빔 2(1104)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(1102)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(1104)의 주 빔 방향과 중첩하여, 사용자 2(1120)에 대한 간섭(1106)으로 작용하고 있다.

기본 빔 1(1102)에 대해 예측된 사용자 1(1110)의 BINR(1112)의 값은 15dB이며, 기본 빔 2(1104)에 대해 예측된 사용자 2(1120)의 BINR(1122)의 값은 6dB이다. 사용자 2(1120)의 기본 빔 2(1104)가 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(1100)은 기본 빔 2(1104)에 해당하는 부엽을 가지는 기본 빔 1(1102)에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1110,1120)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 11b를 참조하면, 사용자 1(1110)의 와이드 널링 빔(1106)에 대한 BINR(1114)은 13dB이며, 사용자 2(1120)의 기본 빔(1104)에 대한 새로운 BINR(1124)은 9dB이다. 사용자 2(910)의 BINR(1124)이 QoS 기준인 10dB보다 작으므로, 기지국(1100)은 두 사용자(1110,1120)를 위한 동시 전송이 불가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 서로 다른 시간 슬롯 #n,#k에서 두 사용자(1110,1120)을 위해 각자의 신호를 송신할 것으로 결정한다. 이때 두 사용자(1110,1120)을 위해 와이드 널링 빔(1106)과 기본 빔이 각각 사용될 수 있다.

도 12a 및 12b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 다섯번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 12a를 참조하면, 기지국(1200)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(1210,1220)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(1210)을 위한 기본 빔 1(1202)과 사용자 2(즉 UE2)(1220)를 위한 기본 빔 2(1204)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(1202)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(1204)의 주 빔 방향과 중첩하여, 사용자 2(1220)에 대한 간섭(1206)으로 작용하고 있다.

기본 빔 1(1202)에 대해 예측된 사용자 1(1210)의 BINR(1212)의 값은 15dB이며, 기본 빔 2(1204)에 대해 예측된 사용자 2(1220)의 BINR(1222)의 값은 8dB이다. 사용자 2(1210)의 기본 빔 2(1204)가 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(1200)은 기본 빔 2(1204)에 해당하는 부엽을 가지는 기본 빔 1(1202)에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1210,1220)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 12b를 참조하면, 사용자 1(1210)의 와이드 널링 빔(1206)에 대한 BINR(1214)은 13dB이며, 사용자 2(1220)의 기본 빔(1204)에 대한 새로운 BINR(1224)은 11dB이다. 두 사용자(1210,1220)의 BINR(1214,1224)이 모두 QoS 기준인 10dB보다 크므로, 기지국은 두 사용자(1210,1220)를 위한 동시 전송이 가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 시간 슬롯 #n에서 두 사용자(1210,1220)을 위한 각자의 신호를 동시에 송신할 것으로 결정한다. 이때 두 사용자(1210,1220)을 위해 기본 빔(1202,1204)이 사용되거나, 보다 바람직하게는 와이드 널링 빔(1206)과 기본 빔(1204)이 사용될 수 있다.

도 13a 및 13b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 여섯번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 13a를 참조하면, 기지국(1300)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(1310,1320)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(1310)을 위한 기본 빔 1(1302)과 사용자 2(즉 UE2)(1320)를 위한 기본 빔 2(1304)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(1302)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(1304)의 주 빔 방향과 중첩하여, 사용자 2(1320)에 대한 간섭(1306)으로 작용하고 있다.

기본 빔 1(1302)에 대해 예측된 사용자 1(1310)의 BINR(1312)은 12dB이며, 기본 빔 2(1304)에 대해 예측된 사용자 2(1320)의 BINR(1322)은 8dB이다. 사용자 2(1310)의 기본 빔 2(1304)가 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(1300)은 기본 빔 2(1304)에 해당하는 부엽을 가지는 기본 빔 1(1302)에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1310,1320)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 13b를 참조하면, 사용자 1(1310)의 와이드 널링 빔(1306)에 대한 BINR(1314)은 9dB이며, 사용자 2(1320)의 기본 빔(1304)에 대한 새로운 BINR(1324)은 11dB이다. 사용자 1(1310)의 BINR(1314)이 QoS 기준인 10dB보다 작게 되었고 사용자 2(1320)의 BINR(1324)이 10dB보다 높게 되었으므로, 기지국(1300)은 사용자 2(1320)의 기본 빔(1304)에 대해서도 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1310,1320)에 대한 BINR을 다시 계산한다. 그럼에도 불구하고 두 사용자들(1310,1320)의 BINR이 모두 QoS 기준을 만족하지 못한다면, 기지국(1300)은 두 사용자(1310,1320)를 위한 동시 전송이 불가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 서로 다른 시간 슬롯 #n,#k에서 두 사용자(1310,1320)을 위해 각자의 신호를 송신할 것으로 결정한다.

도 14a 및 14b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 일곱번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 14a를 참조하면, 기지국(1400)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(1410,1420) 중 하나인 사용자 1(1410)에 대해 와이드 널링을 적용하여 사용자 1(1410)을 위한 와이드 널링 빔(1402)을 형성한다. 와이드 널링 빔(1402)에 대해 예측된 사용자 1(1410)의 BINR(1412)은 9dB이며, 기본 빔 2(1404)에 대해 예측된 사용자 2(1420)의 BINR(1422)은 11dB이다. 와이드 널링 빔(1402)이 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(1400)은 와이드 널링 빔(1402)에 해당하는 부엽을 가지는 기본 빔 2(1404)에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1410,1420)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 14b를 참조하면, 사용자 1(1410)의 와이드 널링 빔(1402)에 대한 새로운 BINR(1414)은 12dB이며, 사용자 2(1420)의 와이드 널링 빔(1408)에 대한 BINR(1424)은 9dB이다. 여전히 QoS 기준인 10dB보다 적은 BINR(1424)을 가지는 사용자 2(1420)이 존재하므로, 기지국(1400)은 두 사용자(1410,1420)를 위한 동시 전송이 불가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 서로 다른 시간 슬롯 #n,#k에서 두 사용자(1410,1420)을 위해 각자의 신호를 송신할 것으로 결정한다. 이때 두 사용자(1410,1420)을 위해 기본 빔이 사용될 수 있다.

도 15a 및 15b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 여덟번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 15a를 참조하면, 기지국(1500)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(1510,1520)을 선택하고, 사용자 1(즉 UE1)(1510)을 위한 기본 빔 1(1502)과 사용자 2(즉 UE2)(1520)를 위한 기본 빔 2(1504)를 형성한다. 여기서 기본 빔 1(1502)의 부엽들 중 하나가 기본 빔 2(1504)의 주 빔 방향과 중첩하여, 사용자 2(1520)에 대한 간섭(1506)으로 작용하고 있다.

기본 빔 1(1502)에 대해 예측된 사용자 1(1510)의 BINR(1512)은 12dB이며, 기본 빔 2(1504)에 대해 예측된 사용자 2(1520)의 BINR(1522)은 9dB이다. 사용자 2(1510)의 기본 빔 2(1504)가 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(1500)은 기본 빔 2(1504)에 해당하는 부엽을 가지는 기본 빔 1(1502)에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1510,1520)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 15b를 참조하면, 사용자 1(1510)의 와이드 널링 빔(1506)에 대한 BINR(1514)은 9dB이며, 사용자 2(1520)의 기본 빔(1504)에 대한 새로운 BINR(1524)은 12dB이다. 사용자 1(1510)의 BINR(1514)이 QoS 기준인 10dB보다 작게 되었고 사용자 2(1520)의 BINR(1524)이 10dB보다 높게 되었으므로, 기지국(1500)은 사용자 2(1520)의 기본 빔(1504)에 대해서도 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1510,1520)에 대해 다시 BINR을 계산한다. 그 결과 두 사용자들(1510,1520)의 BINR이 모두 QoS 기준을 만족하게 되었다면, 기지국(1500)은 두 사용자(1510,1520)를 위한 동시 전송이 가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 시간 슬롯 #n에서 두 사용자(1510,1520)을 위해 각자의 신호를 동시에 송신할 것으로 결정한다.

도 16a 및 16b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 설정의 아홉번째 시나리오를 나타낸 것이다. 여기에서는 두 사용자에 대해 요구되는 QoS가 10dB인 경우의 예를 도시하였다.

도 16a를 참조하면, 기지국(1600)은 스케줄링을 통해 특정 시간 단위 동안 통신을 수행하도록 허용할 사용자 쌍(1610,1620) 중 하나인 사용자 1(1610)에 대해 와이드 널링을 적용하여 사용자 1(1610)을 위한 와이드 널링 빔(1602)을 형성한다. 와이드 널링 빔(1602)에 대해 예측된 사용자 1(1610)의 BINR(1612)은 9dB이며, 기본 빔 2(1604)에 대해 예측된 사용자 2(1620)의 BINR(1622)은 12dB이다. 와이드 널링 빔(1602)이 QoS 기준인 10dB보다 작은 BINR을 가지므로, 기지국(1600)은 와이드 널링 빔(1602)에 해당하는 부엽을 가지는 기본 빔 2(1604)에 와이드 널링을 적용하고 사용자들(1610,1620)에 대해 다시 BINR을 계산한다.

도 16b를 참조하면, 사용자 1(1610)의 와이드 널링 빔(1602)에 대한 새로운 BINR(1614)은 12dB이며, 사용자 2(1620)의 와이드 널링 빔(1608)에 대한 BINR(1624)은 10dB이다. 두 사용자(1610,1620) 모두가 QoS 기준인 10dB보다 큰 BINR(1614,1624)을 가지므로, 기지국(1600)은 두 사용자(1610,1620)를 위한 동시 전송이 가능한 것으로 판단하고, 스케줄된 시간 단위인 시간 슬롯 #n에서 두 사용자(1610,1620)을 위해 와이드 널링 빔(1602,1608)을 사용하여 각자의 신호를 동시에 송신할 것으로 결정한다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 동작을 나타낸 흐름도이다.

도 17을 참조하면, 과정 1710에서 기지국은 셀 내의 단말들로부터 빔 인덱스 및 SNR을 포함하는 피드백을 수신하고 통신을 수행할 단말들을 스케줄한다. 과정 1720에서 기지국은 스케줄된 단말들을 위한 빔 설정을 수행한다. 상기 빔 설정은 앞서 설명한 시나리오들 중 어느 하나에 따라 이루어질 수 있다. 과정 1730에서 기지국은 상기 빔 설정을 통해 결정된 가중치를 적용하여 스케줄된 단말들을 위한 신호를 해당하는 빔을 통해 송신한다.

이상과 같이 동작하는 본 발명의 실시예들 중 하나를 사용함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

위상 어레이를 사용하여 다중 사용자를 지원할 때, 효과적으로 간섭을 제어할 수 있다.

사용자의 위치를 정확히 파악하는 것이 현실적으로 불가능할 때 다른 사용자에 해당하는 빔의 주엽 부근에 와이드 널링을 적용함으로써 낮은 간섭 신호 전력을 유지할 수 있다.

최대 전력으로 동작하는 기존의 위상 어레이 시스템에 적은 수의 제어 가능한 감쇠기(controllable attenuators)를 추가하여 구현될 수 있기 때문에 시스템의 확장성이 좋고 효율적인 전력 관리가 가능하다.

효과적인 간섭제어로 인하여 동시에 같은 시간자원 동안 다중 사용자의 지원이 매우 적은 전력 손실로 가능함에 따라 통신 성능 향상을 얻을 수 있다.

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 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (14)

1. 기지국의 복수의 송신 빔들을 이용하여 다중 사용자 지원을 수행하기 위한 빔포밍 방법에 있어서,
   복수의 사용자 단말들로부터 피드백된 채널 정보를 기반으로 상기 사용자 단말들을 위한 서로 다른 송신 빔들을 결정하는 과정과, 상기 채널 정보는, 상기 사용자 단말들이 상기 서로 다른 송신 빔들에 대해 각각 측정한 신호대 잡음비(SNR)를 포함하고,
   상기 송신 빔들 중 적어도 하나의 제1 송신 빔의 SNR이, 상기 제1 송신 빔에 대응하는 제1 사용자 단말에 대한 서비스 품질(QoS)에 따른 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 송신 빔에 대해 간섭으로 작용하는 부엽을 가지는 제2 송신 빔에 와이드 널링을 적용하는 과정과,
   상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들의 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 크거나 같은 경우, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들을 통해 상기 사용자 단말들과 동시에 통신하는 과정을 포함하고,
   상기 와이드 널링은, 상기 제2 송신 빔의 복수의 부 엽들 중 상기 제1 송신 빔의 주 엽의 범위에 포함되는 특정 부 엽을 제거하는 것임을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 각 송신 빔의 SNR은,
   해당하는 송신 빔을 준-가시선(Line of Sight: LOS) 채널로 모델링하여 예측된 빔 대 간섭 잡음비(Beam to Interference and Noise Ratio: BINR)를 포함함을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 와이드 널링은,
   복수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 어레이 안테나와,
   상기 안테나 엘리멘트들에 각각 연결되는 위상 천이기들과,
   상기 위상 천이기들과 연결된 송수신기 및
   상기 안테나 엘리멘트들 중 양쪽 가장자리에 위치한 하나 혹은 두 개의 안테나 엘리멘트들에 대응하는 위상 천이기들과 상기 송수신기 사이에 위치한 감쇠기들에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 작은 경우, 서로 다른 시간 슬롯들을 통해 상기 사용자 단말들과 통신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 송신 빔에 와이드 널링을 적용하는 과정과,
   상기 제1 및 제2 송신 빔들 대신 와이드 널링된 송신 빔들을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 크거나 같은 경우, 상기 제1 및 제2 송신 빔들 대신 와이드 널링된 송신 빔들을 포함하는 상기 송신 빔들을 통해 상기 사용자 단말들과 동시에 통신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 송신 빔들 대신 와이드 널링된 송신 빔들을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 작은 경우, 서로 다른 시간 슬롯들을 통해 상기 사용자 단말들과 통신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
   
8. 기지국의 복수의 송신 빔들을 이용하여 다중 사용자 지원을 수행하기 위한 빔포밍 장치에 있어서,
   빔포밍부와,
   상기 빔포밍부를 제어하는 제어기를 포함하며,
   상기 제어기는,
   복수의 사용자 단말들로부터 피드백된 채널 정보를 기반으로 상기 사용자 단말들을 위한 서로 다른 송신 빔들을 결정하고, 여기서 상기 채널 정보는 상기 사용자 단말들이 상기 서로 다른 송신 빔들에 대해 각각 측정한 신호대 잡음비(SNR)를 포함하고, 상기 송신 빔들 중 적어도 하나의 제1 송신 빔의 SNR이 상기 제1 송신 빔에 대응하는 제1 사용자 단말에 대한 서비스 품질(QoS)에 따른 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 송신 빔에 대해 간섭으로 작용하는 부엽을 가지는 제2 송신 빔에 와이드 널링을 적용하고, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들의 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 크거나 같은 경우, 상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들을 통해 상기 사용자 단말들과 동시에 통신하도록 구성되고,
   상기 와이드 널링은, 상기 제2 송신 빔의 복수의 부엽들 중 상기 제1 송신 빔의 주 엽의 범위에 포함되는 특정 부 엽을 제거하는 것임을 특징으로 하는 빔포밍 장치.
   
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서, 상기 각 송신 빔의 SNR은,
    해당하는 송신 빔을 준-가시선(Line of Sight: LOS) 채널로 모델링하여 예측된 빔 대 간섭 잡음비(Beam to Interference and Noise Ratio: BINR)를 포함함을 특징으로 하는 빔포밍 장치.
    
11. 제 8 항에 있어서, 상기 빔포밍부는,
    복수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 어레이 안테나와,
    상기 안테나 엘리멘트들에 각각 연결되는 위상 천이기들과,
    상기 위상 천이기들과 연결된 송수신기 및
    상기 안테나 엘리멘트들 중 양쪽 가장자리에 위치한 하나 혹은 두 개의 안테나 엘리멘트들에 대응하는 위상 천이기들과 상기 송수신기 사이에 위치한 감쇠기들에 의해 상기 와이드 널링을 수행하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 장치.
    
12. 제 8 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 작은 경우, 서로 다른 시간 슬롯들을 통해 상기 사용자 단말들과 통신할 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 장치.
    
13. 제 8 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 제2 송신 빔 대신 상기 와이드 널링된 송신 빔을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 송신 빔에 와이드 널링을 적용하고, 상기 제1 및 제2 빔들 대신 와이드 널링된 송신 빔들을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 크거나 같은 경우, 상기 제1 및 제2 송신 빔들 대신 와이드 널링된 송신 빔들을 포함하는 상기 송신 빔들을 통해 상기 사용자 단말들과 동시에 통신할 것으로 결정함을 특징으로 하는 빔포밍 장치.
    
14. 제 13 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 제1 및 제2 송신 빔들 대신 와이드 널링된 송신 빔들을 포함하는 상기 송신 빔들에 대한 SNR들이 해당 QoS에 따른 임계값보다 작은 경우, 서로 다른 시간 슬롯들을 통해 상기 사용자 단말들과 통신할 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 장치.
    

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