KR102266761B1

KR102266761B1 - 빔형성 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR102266761B1
Application number: KR1020207003842A
Authority: KR
Inventors: 즈멍 중; 디 펑; 샤오메이 장; 징펑 취
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2021-06-21
Also published as: KR20200026983A; US20200153493A1; EP3648364A4; EP3648364A1; CN110870216A; CN110870216B; WO2019010714A1; EP3648364B1; US11265054B2

Abstract

본 출원의 실시예들은 통신 기술 분야에 관련되고, 빔형성 방법 및 디바이스를 제공하여, 안테나 어레이의 빔형성 가중치가 구성될 때 단말기가 피드백을 수행할 필요가 없고, 빔형성 적시성이 향상될 수 있게 한다. 특정 해결책은 다음과 같다: 액세스 네트워크 디바이스가 업링크 채널 주파수 응답을 계산하고; 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터를 계산하고 - 모델 파라미터는 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 가짐 - ; 모델 파라미터, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하고; 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하고; 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하고, 여기서 안테나 어레이는 이중-편파 안테나 어레이 또는 단일-편파 안테나 어레이이다. 본 출원의 실시예들은 빔형성을 위해 사용된다.

Description

빔형성 방법 및 디바이스

본 출원의 실시예들은 통신 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 빔형성 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

차세대 이동 통신의 핵심 기술로서, 대규모 다중-입력 다중-출력(Massive MIMO) 기술은 더 큰 공간적 자유를 제공할 수 있다. 대규모 MIMO 빔형성 기술을 사용하면, 송신/수신 안테나의 지향성 패턴(directivity pattern)을 자동으로 조정하여, 더 나은 커버리지 및 용량 성능을 얻을 수 있다.

기존의 빔형성 해결책은 다음과 같다: 단말기에 의해 보고된 프리코딩 행렬 표시자(precoding matrix indicator, PMI)에 기초하여 빔형성 가중치(beamforming weight)를 구성해서, 그 빔형성 가중치에 기초하여 빔형성을 수행한다. 구체적으로, 상이한 안테나 어레이들에 대해 단말기에서 대응하는 코드북 세트들이 구성된다. 이들 코드북 세트들은 후보 가중치들 {w_m}을 포함하고, 기지국과 단말기는 이들 코드북 세트들을 공유하고, m = 1, 2, …, M이고, M은 코드북 세트들 내의 모든 코드북들의 전체 수량을 나타낸다. 단말기는 수신된 신호에 기초하여 다운링크 채널의 주파수 응답 h_DL을 계산하고, 채널에 대해, 모든 후보 가중치들 w_m에 기초하여 기지국의 안테나 어레이가 가중될 때 획득될 수 있는 빔형성 신호 대 잡음비들(signal noise ratio, SNR)/수신 전력 이득들을 계산한다. 그 다음, 단말기는 PMI로서 최대 SNR/수신 전력 이득을 달성하는 m을 선택하고 PMI를 기지국에 보고한다. 기지국은, PMI에 기초하여, 동일한 코드북 세트에서 대응하는 후보 가중치를 선택하고, 빔형성을 위해 안테나 어레이를 가중한다.

종래 기술의 해결책에서는, 단말기가 h_DL을 획득한 후에 PMI를 기지국에 피드백할 필요가 있어, 빔형성을 위해 빔형성 가중치가 결정된다. 이러한 피드백 메커니즘은 빔형성 적시성(beamforming timeliness)을 감소시킨다. 이 경우, 기지국이 빔형성 전에 단말기의 피드백을 기다릴 때, 채널은 환경적 변화 또는 단말기 이동과 같은 인자로 인해 변화할 수 있다. 기지국이 채널이 변화하기 전에 보고되는 PMI를 여전히 사용하여 빔형성을 수행하는 경우, 에러는 비교적 크다.

본 출원의 실시예들은 빔형성 방법 및 디바이스를 제공하여, 안테나 어레이의 빔형성 가중치가 구성될 때 단말기가 피드백을 수행할 필요가 없고, 빔형성 적시성이 향상될 수 있게 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서는 다음의 기술적 해결책들이 사용된다:

제1 양태에 따르면, 빔형성 방법이 제공되며, 그 방법은: 먼저, 액세스 네트워크 디바이스가 업링크 채널 주파수 응답을 계산하고; 그 후, 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서 모델 파라미터를 계산하고, 여기서 모델 파라미터는 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성(reciprocity)을 갖고; 다음으로, 액세스 네트워크 디바이스는 모델 파라미터, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하고; 그 후, 액세스 네트워크 디바이스는 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하고; 마지막으로, 액세스 네트워크 디바이스는 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하고, 여기서 안테나 어레이는 이중-편파 안테나 어레이(dual-polarized antenna array) 또는 단일-편파 안테나 어레이(single-polarized antenna array)이다.

이러한 방식으로, 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 채널 주파수 응답 및 채널 주파수 응답 수학적 모델에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 직접 구성하고, 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 빔형성 가중치를 계산하여, 빔형성을 수행할 수 있다. 따라서, 빔형성 가중치가 계산되면, 단말기는 종래 기술에서와 같이 피드백을 수행할 필요가 없고, 그에 의해 빔형성 적시성을 향상시키고, 비교적 불량한 적시성에 의해 야기되는 에러를 감소시킨다.

제1 양태를 참조하면, 가능한 구현에서, 모델 파라미터는 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함한다.

즉, 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 독립 변수들은 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함할 수 있다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 액세스 네트워크 디바이스가 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서 모델 파라미터를 계산한다는 것은 다음을 포함한다: 먼저, 액세스 네트워크 디바이스가 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼(target likelihood spectrum)을 구성하고; 그 후, 액세스 네트워크 디바이스가 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하고; 마지막으로, 액세스 네트워크 디바이스가 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값에 기초하여 각각의 경로의 진폭의 타겟 값 및 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값을 계산한다.

타겟 우도 스펙트럼을 구성하고 피크에 대한 타겟 우도 스펙트럼을 검색하여 모델 파라미터를 획득하기 위한 이러한 방법은 비교적 간단하다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 타겟 우도 스펙트럼은 업링크 채널 주파수 응답의 스티어링 벡터(steering vector)에 대한 켤레 보상(conjugate compensation) 이후 코히어런트 누적(coherent accumulation)을 통해 형성된 공간 스펙트럼(spatial spectrum)이다.

이러한 방식으로, 타겟 우도 스펙트럼 상에서 피크로서 진실한 값(true value)을 강조할 수 있어, 스펙트럼 피크를 검색함으로써 더 신속하고 정확하게 모델 파라미터의 해를 구할 수 있다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 액세스 네트워크 디바이스가 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산한다는 것은 다음을 포함한다: 액세스 네트워크 디바이스가, 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하고; 액세스 네트워크 디바이스가 최적화 알고리즘을 사용하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산한다.

즉, 액세스 네트워크 디바이스가 피크에 대해 타겟 우도 스펙트럼을 검색하여 모델 파라미터의 초기 값을 간단하고 신속하게 획득하고 나서, 최적화 알고리즘을 사용하여 각각의 모델 파라미터의 타겟 값의 해를 정확하게 구할 수 있다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 액세스 네트워크 디바이스가 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산한다는 것은 다음을 포함한다: 액세스 네트워크 디바이스가, 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하고; 액세스 네트워크 디바이스가 검색 알고리즘을 사용하여 타겟 우도 스펙트럼, 각각의 경로의 거리의 초기 값, 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산한다.

다시 말해서, 액세스 네트워크 디바이스는 피크에 대한 타겟 우도 스펙트럼을 검색하여 각각의 모델 파라미터의 초기 값 및 타겟 값의 해를 구한다. 이러한 방식은 비교적 간단하다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 액세스 네트워크 디바이스는 최적화 알고리즘을 사용하여 업링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 모델 파라미터의 타겟 값의 해를 구한다.

이러한 방식으로, 액세스 네트워크 디바이스는 전체 파라미터 공간에서 모델 파라미터의 해를 직접 구하고, 이것은 더 정확하다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 지향성 패턴 정보를 포함하지 않는다.

이러한 방식으로, 채널 주파수 응답 수학적 모델에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답 수학적 모델이 구성될 때, 도메인 변환(domain transformation)은 처음에 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대해 수행될 필요가 없으며, 따라서 계산 복잡도가 낮고, 구성 프로세스가 더 간단하다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현된다:

여기서, F(k,i)는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, n = 1, 2, …, N은 경로의 번호를 나타내고, N은 경로들의 수량을 나타내고, d_n은 n번째 경로의 거리를 나타내고, θ_n은 n번째 경로의 도달 각도를 나타내고,

은 n번째 경로의 진폭을 나타내고,

은 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,

은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격(array element spacing)을 나타낸다.

이러한 방식으로, 표현식은 간단한 채널 주파수 응답 수학적 모델의 구체적인 형태를 제공한다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼은 다음과 같이 표현된다:

여기서,

는 타겟 우도 스펙트럼을 나타내고, h_UL(k,i)는 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고, d는 경로의 거리를 나타내고, θ는 경로의 도달 각도를 나타내고,

은 i번째 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고,

는 유클리드 놈(Euclidean norm)을 나타낸다.

이러한 방식으로, 표현식은 켤레 보상 및 코히어런트 누적을 통해 획득되는 타겟 우도 스펙트럼의 구체적인 형태를 제공한다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 평면 어레이일 때, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현된다:

여기서, F(k_H,k_V,i)는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, n = 1, 2, …, N은 경로의 번호를 나타내고, N은 경로들의 수량을 나타내고, d_n은 n번째 경로의 거리를 나타내고, θ_n은 n번째 경로의 도달 각도를 나타내고,

은 n번째 경로의 진폭을 나타내고,

은 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,

은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고, k_H는 안테나 어레이의 행들의 수량을 나타내고, k_V는 안테나 어레이의 열들의 수량을 나타내고,

은 n번째 경로의 수평 각도를 나타내고,

은 n번째 경로의 피치 각도(pitch angle)를 나타낸다.

이러한 방식으로, 표현식은 평면 어레이에 대한 채널 주파수 응답 수학적 모델의 구체적인 형태를 제공한다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 이중-편파 안테나 어레이일 때, 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 모델 파라미터는 제1 편파 모델 파라미터 및 제2 편파 모델 파라미터를 포함하고, 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따른다:

여기서, argmin는 최소 값을 획득하도록 목적 함수의 해를 구할 때의 변수를 나타내고, i는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, k는 어레이 요소의 번호를 나타내고,

는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고,

는 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, F는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고,

는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,

는 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,

는 유클리드 놈을 나타낸다.

이러한 방식으로, 이중-편파 안테나 어레이 시나리오에서, 액세스 네트워크 디바이스는 이중-편파 최적화 목적 함수들을 더하여, 이중-편파 정보에 기초하여 모델 파라미터의 해를 공동으로 구할 수 있어, 복수의 진실한 경로들에 의해 최적화 목적 함수들 상에 형성된 피크들이 더 강조될 수 있고, 잡음과 같은 간섭에 의해 최적화 목적 함수들 상에 형성된 의사 피크들이 비교적 억제됨으로써, 반복들의 수량을 감소시키고, 이중-편파 시나리오에서 모델 파라미터를 더 효율적이고 정확하게 결정하는 것을 도울 수 있다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 이중-편파 안테나 어레이일 때, 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함한다. 액세스 네트워크 디바이스가 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼을 구성한다는 것은 다음을 포함한다: 액세스 네트워크 디바이스가 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 제1 편파 우도 스펙트럼을 구성하고; 액세스 네트워크 디바이스가 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 제2 편파 우도 스펙트럼을 구성하고, 여기서, 제1 편파 우도 스펙트럼과 제2 편파 우도 스펙트럼의 합이 타겟 우도 스펙트럼이다.

이러한 방식으로, 이중-편파 안테나 어레이 시나리오에서, 액세스 네트워크 디바이스는 제1 편파 우도 스펙트럼과 제2 편파 우도 스펙트럼을 조합하여 모델 파라미터의 해를 구할 수 있어, 복수의 진실한 경로들에 의해 타겟 우도 스펙트럼 상에 형성된 스펙트럼 피크들이 더 강조될 수 있고, 잡음과 같은 간섭에 의해 타겟 우도 스펙트럼 상에 형성된 의사 피크들이 비교적 억제됨으로써, 반복들의 수량을 감소시키고, 모델 파라미터를 더 간단하고 효율적이며 정확하게 결정하는 것을 도울 수 있다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 이중-편파 안테나 어레이일 때, 각각의 경로의 진폭은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭을 포함하고, 각각의 경로의 초기 위상은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상을 포함하고, 다운링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 포함한다. 액세스 네트워크 디바이스가 모델 파라미터, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성한다는 것은 다음을 포함한다: 액세스 네트워크 디바이스가 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하고; 액세스 네트워크 디바이스가 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성한다.

다시 말해서, 이중-편파 안테나 어레이 시나리오에서, 액세스 네트워크 디바이스는 이중-편파 정보에 기초하여 이중-편파 다운링크 채널 주파수 응답들을 별도로 구성할 수 있다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 가중치는 제1 편파 가중치 및 제2 편파 가중치를 포함한다. 액세스 네트워크 디바이스가 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산한다는 것은 다음을 포함한다: 액세스 네트워크 디바이스가 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 제1 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하고; 액세스 네트워크 디바이스가 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 제2 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산한다.

다시 말해서, 이중-편파 안테나 어레이 시나리오에서, 액세스 네트워크 디바이스는 이중-편파 정보에 기초하여 이중-편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 각각의 빔형성 가중치를 계산할 수 있다.

제1 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따른다:

는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, F_UL는 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, F는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, h_UL는 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,

는 유클리드 놈을 나타낸다.

다시 말해서, 단일-편파 안테나 어레이 시나리오에서, 최적화 알고리즘을 사용하여 모델 파라미터의 해를 구할 때, 모델 파라미터는 전술한 표현식을 충족시킨다.

제2 양태에 따르면, 본 출원의 실시예는 액세스 네트워크 디바이스를 제공하며, 그 액세스 네트워크 디바이스는: 업링크 채널 주파수 응답을 계산하도록 구성되는 제1 계산 유닛; 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터를 계산하도록 구성되는 제2 계산 유닛 - 모델 파라미터는 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 가짐 - ; 모델 파라미터, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하도록 구성되는 구성 유닛; 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하도록 구성되는 제3 계산 유닛; 및 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하도록 구성되는 빔형성 유닛을 포함하고, 안테나 어레이는 이중-편파 안테나 어레이 또는 단일-편파 안테나 어레이이다.

제2 양태를 참조하면, 가능한 구현에서, 모델 파라미터는 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함한다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 제2 계산 유닛은: 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼을 구성하고; 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하고; 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값에 기초하여 각각의 경로의 진폭의 타겟 값 및 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값을 계산하도록 구체적으로 구성된다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 제2 계산 유닛은: 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하고; 최적화 알고리즘을 사용하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하도록 구체적으로 구성된다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 제2 계산 유닛은: 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하고; 검색 알고리즘을 사용하여 타겟 우도 스펙트럼, 각각의 경로의 거리의 초기 값, 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하도록 구체적으로 구성된다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현된다:

은 n번째 경로의 진폭을 나타내고,

은 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,

은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타낸다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼은 다음과 같이 표현된다:

여기서,

는 유클리드 놈을 나타낸다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 평면 어레이일 때, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현된다:

은 n번째 경로의 진폭을 나타내고,

은 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,

은 n번째 경로의 수평 각도를 나타내고,

은 n번째 경로의 피치 각도를 나타낸다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 이중-편파 안테나 어레이일 때, 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 모델 파라미터는 제1 편파 모델 파라미터 및 제2 편파 모델 파라미터를 포함하고, 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따른다:

는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,

는 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,

는 유클리드 놈을 나타낸다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 이중-편파 안테나 어레이일 때, 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 제2 계산 유닛은: 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 제1 편파 우도 스펙트럼을 구성하고; 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 제2 편파 우도 스펙트럼을 구성하도록 구체적으로 구성되고, 제1 편파 우도 스펙트럼과 제2 편파 우도 스펙트럼의 합이 타겟 우도 스펙트럼이다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 안테나 어레이가 이중-편파 안테나 어레이일 때, 각각의 경로의 진폭은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭을 포함하고, 각각의 경로의 초기 위상은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상을 포함하고, 다운링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 포함한다. 구성 유닛은: 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하고; 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하도록 구체적으로 구성된다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 다른 가능한 구현에서, 가중치는 제1 편파 가중치 및 제2 편파 가중치를 포함하고, 제3 계산 유닛은: 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 제1 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하고; 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 제2 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하도록 구체적으로 구성된다.

제2 양태 및 전술한 가능한 구현들을 참조하면, 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따른다:

는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 유클리드 놈을 나타낸다.

제3 양태에 따르면, 본 출원의 실시예는, 프로세서, 메모리, 버스, 및 통신 인터페이스를 포함하는 액세스 네트워크 디바이스를 제공한다. 프로세서 및 메모리는 버스를 사용하여 서로 접속되고; 메모리는 컴퓨터 실행가능 명령어를 저장하도록 구성되고; 액세스 네트워크 디바이스가 실행될 때, 프로세서는 메모리에 저장된 컴퓨터 실행가능 명령어를 실행하여, 액세스 네트워크 디바이스가 제1 양태 또는 제1 양태의 가능한 구현들 중 어느 하나의 빔형성 방법을 수행하게 한다.

제4 양태에 따르면, 본 출원의 실시예는, 액세스 네트워크 디바이스에 의해 사용되는 컴퓨터 소프트웨어 명령어를 저장하도록 구성되는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 제공한다. 컴퓨터 소프트웨어 명령어가 컴퓨터 상에서 실행될 때, 컴퓨터는 제1 양태 또는 제1 양태의 가능한 구현들 중 어느 하나의 빔형성 방법을 수행할 수 있다.

제5 양태에 따르면, 본 출원의 실시예는 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 명령어가 컴퓨터 상에서 실행될 때, 컴퓨터는 제1 양태 또는 제1 양태의 가능한 구현들 중 어느 하나의 빔형성 방법을 수행할 수 있다.

제2 양태 내지 제5 양태에 대응하는 유익한 효과들에 대해서는, 제1 양태에서의 관련 설명들을 참조한다. 상세사항들은 여기서 다시 설명되지 않는다.

도 1은 본 출원의 실시예에 따른 통신 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 액세스 네트워크 디바이스의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 빔형성 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 다른 빔형성 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 다른 빔형성 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 다른 액세스 네트워크 디바이스의 개략적인 구조도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 다른 액세스 네트워크 디바이스의 개략적인 구조도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 다른 액세스 네트워크 디바이스의 개략적인 구조도이다.

이해를 용이하게 하기 위해, 본 출원의 실시예들에 관련된 일부 개념들은 아래에 도시된 바와 같이 참조를 위한 예들로서 설명된다.

빔형성(Beamforming): 복수의 안테나 어레이 요소들에 의해 수신된 신호들을 가중 및 조합함으로써 원하는 이상적인 신호를 형성하는 기술.

주파수(Frequency): 각각의 서브캐리어의 주파수.

경로(Path): 편향(deflection) 및 회절(diffraction) 후의 통신 채널 상의 전자기파에 의해 형성되고 기지국과 사용자를 접속하는 노선(route).

경로의 거리: 노선의 길이.

경로의 도달 각도: 기지국에 도달할 때의 노선과 기지국의 안테나 어레이의 방향 사이의 각도.

우도 스펙트럼(Likelihood spectrum): 종래의 스펙트럼 추정의 공간 스펙트럼의 타입. 공간 스펙트럼은 또한 바틀렛(Bartlett) 스펙트럼 등으로 지칭될 수 있고, 거리 및 도달 각도에 관한 2차원 함수이거나, 거리 또는 도달 각도에 관한 1차원 함수일 수 있다.

편파 방향(Polarization direction): 안테나 방사 동안 형성된 전기장 강도의 방향.

단일-편파 안테나(Single-polarized antenna): 하나의 편파 방향만을 포함하는 안테나.

이중-편파 안테나(Dual-polarized antenna): 서로 직교하는 +45° 및 -45° 편파 방향들의 조합을 갖고 듀플렉스 모드에서 작동하는 안테나.

어레이 요소(Array element): 안테나 어레이 상의 요소이고, 스티어링 및 전자기파 증폭 기능들을 갖고, 안테나 어레이에 의해 수신된 전자기 신호를 강화(strengthen)하도록 구성되는 안테나 요소.

최적화(Optimization): 이것은 알고리즘을 사용하여 요구되는 문제에 대한 더 나은 해(solution)를 획득하는 것을 의미한다.

검색 알고리즘(Search algorithm): 고성능 컴퓨터에 기초하여 문제의 해 공간(solution space)에서 일부 또는 모든 가능한 경우들을 목적을 갖고 철저히 다뤄서(purposefully exhausting) 문제에 대한 해를 획득하는 방법.

스티어링 벡터: 가이딩 방향 및 포인팅 방향을 갖는 벡터.

이하에서는 본 출원의 실시예들에서의 기술적 해결책들을 본 출원의 실시예들에서의 첨부 도면들을 참조하여 설명한다. 본 출원의 실시예들에서의 설명들에서, "/"는 달리 명시되지 않는 한 "또는"을 의미한다. 예를 들어, A/B는 A 또는 B를 나타낼 수 있다. 본 명세서에서, "및/또는"은 연관된 객체들을 설명하기 위한 연관 관계만을 기술하고 3가지 관계가 존재할 수 있다는 것을 나타낸다. 예를 들어, A 및/또는 B는 다음의 3가지 경우: A만 존재, A와 B 둘다 존재, 및 B만 존재를 나타낼 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서의 설명들에서, "복수의"는 2개 이상을 의미한다.

본 출원의 실시예들에서 제공되는 기술적 해결책들은, 다양한 FDD 이동 통신 시스템들에서 안테나 어레이가 배치되는 액세스 네트워크 디바이스들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서의 이동 통신 시스템들은 3세대 이동 통신 기술(3rd generation mobile communication, 3G) 통신 시스템, 4세대 이동 통신 기술(the 4th generation mobile communication, 4G) 통신 시스템, 및 5세대 이동 통신 기술(5th generation, 5G) 통신 시스템과 같은 미래의 진화된 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서의 이동 통신 시스템들은 롱 텀 에볼루션(long term evolution, LTE) 시스템, 3G-관련 셀룰러 시스템, 및 이러한 타입의 다른 통신 시스템을 포함할 수 있다. 특히, 기술적 해결책들은 5G 초고밀도 네트워킹(ultra dense network, UDN) 시스템에 적용될 수 있다. 5G 표준은 머신-대-머신(machine-to-machine, M2M), D2M, 매크로-대-마이크로 통신, 증강된 이동 광대역(enhance mobile broadband, eMBB), 초고신뢰 저지연 통신(ultra-reliable & low latency communication, uRLLC), 및 대규모 머신 타입 통신(massive machine type communication, mMTC)과 같은 시나리오들을 포함할 수 있고, 이러한 시나리오들은 액세스 네트워크 디바이스들 사이의 통신 시나리오, 액세스 네트워크 디바이스와 단말기 사이의 통신 시나리오, 및 그와 유사한 것을 포함할 수 있으며, 이것들로 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다.

본 출원의 실시예들에서 제공되는 기술적 해결책들은 도 1에 도시된 시스템 아키텍처에 적용될 수 있다. 시스템 아키텍처는 액세스 네트워크 디바이스(100) 및 액세스 네트워크 디바이스(100)에 접속된 하나 이상의 단말기(200)를 포함할 수 있다. 액세스 네트워크 디바이스(100)에 안테나 어레이가 배치된다. 액세스 네트워크 디바이스(100)는 안테나 어레이를 사용하여 신호들을 전송 및 수신하여, 단말기(200)와 통신한다. 안테나 어레이를 사용하여 신호를 전송하기 전에, 액세스 네트워크 디바이스(100)는 빔형성 가중치를 구성하여 그 가중치에 기초하여 다운링크 빔형성을 수행하고, 안테나 어레이를 사용하여 신호를 전송할 수 있다.

본 명세서에서 액세스 네트워크 디바이스는 중계국, 액세스 포인트 등일 수 있다. 액세스 네트워크 디바이스는 이동 통신 세계화 시스템(global system for mobile communication, GSM) 또는 코드 분할 다중 액세스(code division multiple access, CDMA) 네트워크에서의 기지국 송수신기(base transceiver station, BTS)일 수 있거나, 광대역 코드 분할 다중 액세스(wideband code division multiple access, WCDMA)에서의 NB(NodeB)일 수 있거나, LTE에서의 eNB 또는 eNodeB(evolutional NodeB)일 수 있다. 액세스 네트워크 디바이스(100)는 대안적으로 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, CRAN) 시나리오에서의 무선 제어기일 수 있다. 액세스 네트워크 디바이스(100)는 대안적으로 미래의 5G 네트워크에서의 네트워크 디바이스, 미래의 진화된 공중 육상 이동 네트워크(public land mobile network, PLMN)에서의 네트워크 디바이스 등일 수 있다. 미래의 5G 네트워크에서의 네트워크 디바이스는 새로운 무선 NodeB(new radio NodeB), 차세대 NodeB(next generation NodeB, gNB), 송신 포인트(transmission point) 등을 포함할 수 있다.

예에서, 액세스 네트워크 디바이스는 도 2에 도시된 구조를 사용하여 구현될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 사운딩 서브시스템, 중간 무선 주파수 서브시스템, 기저대역 서브시스템, 및 안테나 서브시스템을 포함할 수 있다. 업링크 사운딩 서브시스템은, 단말기에 의해 전송되는 신호, 예를 들어, 채널 사운딩 기준 신호(sounding reference signal, SRS)를 수신하고, 업링크 채널 주파수 응답을 계산하고, 그와 유사한 것을 하도록 구성될 수 있다. 기저대역 서브시스템은 기본 물리 계층 알고리즘을 구현하도록 구성될 수 있다. 중간 무선 주파수 서브시스템은 기저대역 신호에 기초하여 상향-변환을 수행하고(즉, 신호를 기본 주파수로부터 캐리어 주파수로 이동시키고), 상향-변환 프로세스에서의 왜곡 및 에러들과 같은 문제들을 해결하도록 구성될 수 있다. 안테나 서브시스템은 안테나 어레이를 포함하고, 안테나 어레이의 어레이 구조를 획득하고, 안테나 어레이가 가중된 후에 안테나 어레이의 빔 지향성 패턴을 계산하도록 구성되고, 즉, 다운링크 빔형성을 수행하도록 구성될 수 있다. 구체적인 구현 프로세스에서, 액세스 네트워크 디바이스는 도 2에 도시된 하드웨어 아키텍처로 제한되지 않고, 다른 일반적인 하드웨어 아키텍처가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 안테나 어레이의 빔형성 가중치는 중간 무선 주파수 서브시스템 또는 기저대역 서브시스템에서 구체적으로 구성될 수 있다.

종래 기술의 빔형성 해결책에서, 빔형성 가중치는 단말기에 의해 피드백된 PMI에 기초하여 구성될 필요가 있어, 빔형성의 비교적 불량한 적시성 및 비교적 큰 에러를 야기한다. 사실상, 이상적으로는, 안테나 어레이 내의 각각의 어레이 요소의 빔형성 가중치 벡터와 대응하는 다운링크 채널 주파수 응답이 안테나 수량 도메인의 분포에서 서로 켤레일 때, 단말기는 최대 SNR/수신 전력 이득을 획득할 수 있다. 이 경우, 기지국은 전송 전에 다운링크 채널 주파수 응답에 대해 알 필요가 있다. 현재, 2개의 주요 표준이 다음과 같이 사용된다: 시간 분할 듀플렉스(time division duplexing, TDD) 표준에서, 업링크 및 다운링크 채널 주파수 응답들은 안테나 수량 도메인의 분포에서 상호성을 갖는다. 주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplexing, FDD) 표준에서, 주파수 대역들 사이의 차이로 인해, 업링크 및 다운링크 채널 주파수 응답들은 TDD에서와 같이 안테나 수량 도메인의 분포에서 양호한 상호성을 갖지 않는다. 이를 고려하여, 본 출원의 실시예들은 빔형성 방법을 제공한다. 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 채널 주파수 응답 및 채널 주파수 응답 수학적 모델에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하고, 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 빔형성 가중치를 계산하여, 다운링크 빔형성을 수행할 수 있다. 따라서, 빔형성 가중치가 계산되면, 단말기는 종래 기술에서와 같이 피드백을 수행할 필요가 없고, 그에 의해 빔형성 적시성을 향상시키고, 비교적 불량한 적시성에 의해 야기되는 에러를 감소시킨다.

본 출원의 실시예들에서 제공되는 해결책들은 예로서 도 1에 도시된 시나리오를 사용하여 첨부 도면들을 참조하여 상세히 후술된다.

도 3을 참조하면, 본 출원의 실시예는 다음의 단계들을 포함하는 빔형성 방법을 제공한다.

301. 액세스 네트워크 디바이스가 업링크 채널 주파수 응답을 계산한다.

업링크 채널 주파수 응답은, 안테나 어레이의 각각의 어레이 요소 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 대한 업링크 채널의 응답 상태를 설명하는 데 사용된다. 이 단계에서, 액세스 네트워크 디바이스는 단말기로부터 수신된 SRS와 같은 업링크 신호에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답을 계산할 수 있다.

302. 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터를 계산하고, 여기서 모델 파라미터는 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖는다.

채널 주파수 응답 수학적 모델은 액세스 네트워크 디바이스에서 미리 설정될 수 있다. 채널 주파수 응답 수학적 모델은 채널 주파수 응답, 즉, 각각의 서브캐리어 주파수에 대한 채널의 응답 상태를 설명하는 데 사용된다. 채널 주파수 응답 수학적 모델은 적어도 하나의 모델 파라미터를 포함한다. 모델 파라미터는 채널 다중경로 파라미터(channel multipath parameter)이고, 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖는다.

업링크 서브캐리어 주파수와 다운링크 서브캐리어 주파수 사이의 주파수 간격은 비교적 크고, 업링크 서브캐리어 주파수들 사이의 주파수 간격은 비교적 작고, 다운링크 서브캐리어 주파수들 사이의 주파수 간격은 비교적 작다. 따라서, 모델 파라미터가 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 가질 때, 모델 파라미터는 또한 업링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖고, 모델 파라미터는 또한 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖는다는 점이 이해될 수 있다. 다시 말해서, 모델 파라미터는 업링크 서브캐리어 주파수들 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖는다. 모델 파라미터는 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 적용될 수 있고, 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들 사이에서 주파수 시프팅(frequency shifting)이 수행될 수 있다는 점이 이해될 수 있다.

이러한 방식으로, 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터가 다양한 서브캐리어 주파수에 적용될 수 있기 때문에, 업링크 서브캐리어 주파수가 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입될 때, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 업링크 채널 주파수 응답을 나타내는 데 사용될 수 있고; 다운링크 서브캐리어 주파수가 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입(substituted)될 때, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다운링크 채널 주파수 응답을 나타내는데 사용될 수 있다.

따라서, 업링크 채널 주파수 응답에 기초한 모델 파라미터가 계산을 통해 획득된 후에, 다운링크 서브캐리어 주파수 및 모델 파라미터가 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입될 때, 다운링크 채널 주파수 응답이 획득될 수 있다. 다시 말해서, 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터가 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 가질 때, 다운링크 채널을 재구성하는 프로세스는 더 간단하다.

303. 액세스 네트워크 디바이스는, 모델 파라미터, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성한다.

단계(302)에서 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터가 획득된 후에, 액세스 네트워크 디바이스는 다운링크 서브캐리어 주파수 및 획득된 모델 파라미터를 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입하여, 다운링크 채널 주파수 응답을 획득할 수 있다.

304. 액세스 네트워크 디바이스는 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산한다.

빔형성 가중치와 대응하는 다운링크 채널 주파수 응답이 안테나 수량 도메인의 분포에서 서로 켤레일 때, 단말기는 최대 빔형성 SNR 이득을 획득할 수 있다. 따라서, 단계(303)에서 다운링크 채널 주파수 응답이 획득된 후에, 액세스 네트워크 디바이스는 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산할 수 있다.

i번째 다운링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 빔형성 가중치 w_i의 표현식은 다음의 수학식 1일 수 있다:

수학식 1에서, h_DL(k,i)은 k번째 어레이 요소에 대응하는 i번째 다운링크 서브캐리어 주파수의 다운링크 채널 주파수 응답을 나타내고,

는 켤레 행렬(conjugate matrix)을 나타내고,

는 유클리드 놈을 나타낸다.

액세스 네트워크 디바이스는 수학식 1에 따라 각각의 어레이 요소 상의 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 빔형성 가중치를 획득할 수 있다.

305. 액세스 네트워크 디바이스는 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하고, 여기서 안테나 어레이는 이중-편파 안테나 어레이 또는 단일-편파 안테나 어레이이다.

이중-편파 안테나 어레이 내의 각각의 어레이 요소는 2개의 편파 방향: 제1 편파 방향 및 제2 편파 방향에 대응한다. 단일-편파 안테나 어레이 내의 각각의 어레이 요소는 하나의 편파 방향에 대응한다. 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 빔형성 가중치를 획득한 후에, 액세스 네트워크 디바이스는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 빔형성 가중치를 사용하여 안테나 어레이의 각각의 어레이 요소를 가중함으로써 다운링크 빔형성을 수행할 수 있는데, 즉, 안테나 어레이의 각각의 어레이 요소의 가중치를 어레이 요소 상의 신호로 곱할 수 있고, 이는 안테나 어레이의 가중치 벡터와 신호 벡터의 내적(dot product)을 획득하는 것과 등가이다. 그 다음, 액세스 네트워크 디바이스는 신호를 전송한다.

단계 301 내지 단계 305에 설명된 빔형성 방법에서, 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 채널 주파수 응답 및 채널 주파수 응답 수학적 모델에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 직접 구성하고, 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 빔형성 가중치를 계산하여 빔형성을 수행할 수 있다. 따라서, 빔형성 가중치가 계산되면, 단말기는 종래 기술에서와 같이 피드백을 수행할 필요가 없고, 그에 의해 빔형성 적시성을 향상시키고, 비교적 불량한 적시성에 의해 야기되는 에러를 감소시킨다.

본 출원의 이 실시예에서, 채널 주파수 응답 모델에서의 모델 파라미터가 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖기 때문에, 업링크 채널 주파수 응답에 기초하여 모델 파라미터가 획득된 후에, 다운링크 채널 주파수 응답은 모델 파라미터 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수를 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입함으로써 획득될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하기 위한 이러한 방법은 간단하고, 실시간이며, 구현하기 쉽고, 빔형성 가중치 계산 복잡도가 감소하고, 액세스 네트워크 디바이스의 처리 효율이 향상된다.

또한, 빔형성 가중치가 단말기에 의해 보고되는 PMI에 기초하여 구성되는 기존의 기술적 해결책에서는, 액세스 네트워크 디바이스가 코드북 세트를 구성하고, 최대 수신 전력 이득을 달성하는 코드북을 선택하여 대략 최적 가중치를 획득하고, 이는 h_DL이 위치하는 공간을 양자화하고, 제한된 수량의 이산 값들로부터 진실한 값에 가장 가까운 후보 값을 선택하는 것과 등가이다. 이것은 양자화 에러를 불가피하게 야기한다. 코드북 세트가 희소(sparse)한 경우, 양자화 에러가 증가하고, 결과적으로 빔형성 성능이 영향을 받는다; 또는 코드북 세트가 조밀한 경우, 특히 대규모 MIMO의 경우에, 계산 복잡도가 높고, 결과적으로 효율이 영향을 받는다. 따라서, PMI 양자화 에러는 성능에 무시할 수 없는 영향을 미친다.

또한, 빔형성 가중치가 단말기에 의해 보고된 PMI에 기초하여 구성되는 기존의 기술적 해결책에서, 액세스 네트워크 디바이스는 상이한 어레이 요소들 및 단말기들에 대한 대응하는 코드북 세트들을 구성할 필요가 있다. 거대한 수량의 코드북 세트들이 최소 양자화 에러를 보장하도록 구성될 필요가 있다. 3GPP 표준 문서에 따르면, 액세스 네트워크 디바이스 측은, 4개의 포트의 경우에 16개의 코드북을 필요로 하고, 8개의 포트의 경우에 256개의 코드북을 필요로 한다. 대규모 MIMO 시스템에서 필요한 16개의 포트, 32개의 포트, 또는 심지어 64개 또는 128개의 포트는 더 많은 수량의 코드북 세트를 필요로 하고, 이는 불가피하게 통신 시스템의 계산 작업 부하를 증가시키고 데이터 처리 효율을 저하시킬 것이라는 점을 알 수 있다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 기술적 해결책에 따르면, 액세스 네트워크 디바이스는 다운링크 채널 주파수 응답을 직접 구성하고, 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 빔형성 가중치를 구성하여, 코드북 세트에 의해 야기되는 양자화 에러 및 거대한 데이터 처리, 계산, 및 캐시 작업 부하가 회피될 수 있다.

또한, 종래 기술은 도달 각도(direction of arrival, DOA) 추정에 기초한 빔형성 기술을 추가로 포함한다. 빔형성 기술의 구체적인 구현은 다음과 같다: 액세스 네트워크 디바이스가 업링크 SRS 신호에 기초하여 DOA를 추정하고, 채널의 우세 경로의 DOA를 계산하고; DOA를 빔형성 가중치로서 스티어링 벡터에 대입하고; 가중치를 빔형성 가중치로서 사용하여 안테나 어레이에 대한 가중을 수행한다. 이 해결책은 추정된 DOA의 정확도에 크게 의존한다. 추정된 DOA가 벗어나면, 빔형성 가중치 또한 벗어난다. 또한, 이 해결책에서, 채널의 우세 경로의 DOA만이 추정되고, 빔형성 가중치로서 스티어링 벡터에 대입된다. 다시 말해서, 비교적 약한 에너지를 갖는 다른 경로는 무시된다. 이러한 방식은, 하나의 경로만을 갖는 가시선(line of sight, LOS) 채널 또는 우세 경로가 매우 중요하고 다른 경로는 매우 약한 채널에 비교적 적용가능하다. 그러나, 비가시선(not line of sight, NLOS) 채널의 경우, 특히 유사한 에너지를 갖는 복수의 경로가 있을 때, 하나의 DOA만이 이러한 방식으로 획득될 수 있다. 따라서, DOA에 기초하여 계산된 가중치는 또한 비교적 큰 에러를 갖는다.

도달 각도 DOA 추정에 기초한 기존의 빔형성 기술과는 상이하게, 본 출원의 이 실시예에서 제공되는 기술적 해결책은 단일 우세 경로에 대한 DOA 추정에 의존하지 않는다. 대신에, 다운링크 채널 주파수 응답이 직접 구성되고, 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 빔형성 가중치가 구성된다. 이러한 방식으로, 단일 우세 경로의 추정된 DOA의 정확도는 성능에 결정적인 영향을 미치지 않는다. 또한, 기술적 해결책은 NLOS 채널에 상당히 적용가능하다.

본 출원의 이 실시예에서, 모델 파라미터가 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖는다는 특징을 갖는 채널 주파수 응답 수학적 모델은 복수의 구체적인 형태로 될 수 있고, 채널 주파수 응답 수학적 모델은 구체적으로 모델 파라미터들의 복수의 상이한 조합을 가질 수 있다. 예를 들어, 가능한 구현에서, 모델 파라미터는 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함할 수 있다. 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상은 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖는다. "각각의 경로의 거리"는 여기서 하나의 파라미터가 아니고; N개의 경로가 있을 때, "각각의 경로의 거리"는 여기서 N개의 경로의 거리들, 즉, N개의 파라미터를 나타낸다는 점에 유의해야 한다. 이 경우는 다른 모델 파라미터들(각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상)에 대해 유사하다.

또한, 본 출원의 이 실시예에서 제공되는 채널 주파수 응답 수학적 모델은 단순화된 모델이고, 안테나 지향성 패턴을 포함하지 않으며, 도메인 변환과 같은 복잡한 계산 프로세스를 요구하지 않는다. 따라서, 채널 주파수 응답 수학적 모델을 사용하여 안테나 어레이(특히 이중-편파 안테나 어레이)의 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하는 프로세스는 비교적 간단하다.

예를 들어, 모델 파라미터가 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함할 때, 채널 주파수 응답 수학적 모델의 표현식은 다음의 수학식 2일 수 있다:

은 n번째 경로의 진폭을 나타내고,

은 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,

예를 들어, 모델 파라미터가 각각의 경로의 거리, 도달 각도, 진폭, 및 초기 위상을 포함할 때, 채널 주파수 응답 수학적 모델의 다른 표현식은 다음의 수학식 3일 수 있다:

수학식 3은, 안테나 어레이가 평면 어레이일 때 안테나 어레이에 대응하는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, 여기서 F(k_H,k_V,i)는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, k_H는 안테나 어레이의 행들의 수량을 나타내고, k_V는 안테나 어레이의 열들의 수량을 나타내고,

은 n번째 경로의 수평 각도를 나타내고,

은 n번째 경로의 피치 각도를 나타낸다.

또한, 본 출원의 이 실시예에서, 액세스 네트워크 디바이스는, 단계 302에서, 복수의 방식으로, 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터의 해를 구할 수 있다. 예를 들어, 모델 파라미터의 해를 구하기 위한 제1 방법에서, 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 채널 주파수 응답에 관한 타겟 우도 스펙트럼을 구성하고, 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 모델 파라미터의 해를 구할 수 있다. 모델 파라미터의 해를 구하기 위한 제2 방법에서, 액세스 네트워크 디바이스는 최적화 알고리즘을 사용하여 각각의 모델 파라미터의 해를 직접 구할 수 있다.

예를 들어, 모델 파라미터가 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함할 때, 제1 가능한 구현에서, 단계 302의 구체적인 구현은 다음의 단계들을 포함할 수 있다.

3021. 액세스 네트워크 디바이스는 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼을 구성한다.

본 명세서에서 타겟 우도 스펙트럼은 경로의 거리 및 경로의 도달 각도의 적어도 하나의 파라미터에 관한 함수이다.

3022. 액세스 네트워크 디바이스는 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산한다.

3023. 액세스 네트워크 디바이스는 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값에 기초하여 각각의 경로의 진폭의 타겟 값 및 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값을 계산한다.

각각의 모델 파라미터의 타겟 값은 각각의 모델 파라미터의 최적 값이다. 타겟 우도 스펙트럼은 경로의 거리 및 경로의 도달 각도의 적어도 하나의 파라미터에 관한 함수이기 때문에, 먼저, 각각의 경로의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값은 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 획득될 수 있고, 다음으로 각각의 경로의 진폭의 타겟 값 및 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값은 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값에 기초하여 계산될 수 있다.

또한, 제1 가능한 구현은 구체적으로 방식 A 및 방식 B를 포함할 수 있다.

방식 A에서, 단계 3022는 구체적으로 다음의 단계들을 포함할 수 있다:

401. 액세스 네트워크 디바이스는 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산한다.

402. 액세스 네트워크 디바이스는 최적화 알고리즘을 사용하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산한다.

방식 B에서, 단계 3022는 구체적으로 다음의 단계들을 포함할 수 있다:

501. 액세스 네트워크 디바이스는 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산한다.

502. 액세스 네트워크 디바이스는 검색 알고리즘을 사용하여 타겟 우도 스펙트럼, 각각의 경로의 거리의 초기 값, 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산한다.

단계 401 및 단계 501에서의 계산을 통해 획득되는 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값은 단지 초기 추정 값들이고, 각각의 경로의 거리 및 각각의 경로의 도달 각도의 최적 값들이 아닐 수 있다. 따라서, 각각의 경로의 거리 및 각각의 경로의 도달 각도의 최적 값들은 각각의 경로의 거리 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값들에 기초하여 추가로 계산될 필요가 있다. 다시 말해서, 각각의 경로의 거리 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값들이 추정될 필요가 있다.

단계 401, 단계 402, 및 단계 501에서, 액세스 네트워크 디바이스는 타겟 우도 스펙트럼을 구성하고, 다음으로 검색 알고리즘을 사용하여 타겟 우도 스펙트럼 상의 피크를 결정하여, 모델 파라미터의 해를 구할 수 있다. 이러한 방법은 비교적 간단하다. 단계 502에서, 액세스 네트워크 디바이스는 목적 함수를 구성하고, 최적화 알고리즘(예를 들어, 최대 우도 방법)을 사용하여 목적 함수 상의 피크를 결정하여, 모델 파라미터의 해를 구할 수 있다. 이러한 방법은 더 정확하다.

실제 액세스 네트워크 디바이스에서, 안테나 어레이는 이중-편파 안테나 어레이일 수 있거나, 단일-편파 안테나 어레이일 수 있다. 단일-편파 안테나 어레이 시나리오 및 이중-편파 안테나 어레이 시나리오에서의 빔형성 방법들은 예로서 수학식 2에 나타낸 채널 주파수 응답 수학적 모델을 사용하여 전술한 몇 개의 모델 파라미터의 해를 구하는 방법들에 기초하여 이하에서 상세히 별개로 설명된다.

시나리오 1: 단일-편파 안테나 어레이 시나리오

이 시나리오에 대응하는 빔형성 방법의 흐름도에 대해서는, 도 4를 참조한다. 이 시나리오에서, 액세스 네트워크 디바이스는 단계 301에서 계산을 통해 업링크 채널 주파수 응답 h_UL(k,i)을 획득할 수 있다. 각각의 업링크 서브캐리어 주파수 및 수학식 2에 나타낸 채널 주파수 응답 수학적 모델에 기초하여, h_UL(k,i)는 수학식 4에 나타낸 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델 F_UL(k,i)에 의해 표현될 수 있다:

여기서,

은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, F_UL(k,i)는 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타낸다. 수학식 4에서의 다른 파라미터들의 설명들에 대해서는, 수학식 2에서의 관련 설명들을 참조한다.

액세스 네트워크 디바이스는, 수학식 4에 나타낸 업링크 채널 주파수 응답 h_UL(k,i)에 기초하여 단계 3021에서 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼을 구성할 수 있다. 타겟 우도 스펙트럼은 구체적으로 수학식 5에 나타낸 형태로 될 수 있다:

여기서,

은 i번째 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고, 위첨자 "2"는 제곱을 의미한다.

수학식 5에서는, 각각의 경로의 거리 d_n과는 달리, d를 사용하여 파라미터: 경로의 거리를 나타내고; 각각의 경로의 도달 각도 θ_n와는 달리, θ를 사용하여 파라미터: 경로의 도달 각도를 나타낸다.

액세스 네트워크 디바이스는 수학식 5에 나타낸 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 단계 401 또는 단계 501에서 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산할 수 있다.

구체적으로, 수학식 5에 나타낸 타겟 우도 스펙트럼에 대응하는 파라미터 공간은 복수의 메시 포인트(mesh point)로 분할될 수 있고, 액세스 네트워크 디바이스는 검색 알고리즘을 사용하여 순회(traversal)를 통해 메시 포인트들 상에서 피크들을 검색하여, 각각의 경로의 거리 d_n의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도 θ_n의 초기 값을 추정할 수 있다. 피크들이 순회를 통해 메쉬 포인트들 상에서 검색될 때, 임계 범위(예를 들어, 가장 높은 피크보다 10dB 작음)가 미리 설정될 수 있고, 임계 범위 내의 피크들의 수량은 경로들의 수량 N이다.

본 출원의 이 실시예에서의 타겟 우도 스펙트럼은 업링크 채널 주파수 응답의 스티어링 벡터(수학식 4에서의

,

)에 대한 켤레 보상 이후에 코히어런트 누적을 통해 형성된 공간 스펙트럼이라는 점에 유의해야 한다.

켤레 보상을 통해 획득된 타겟 우도 스펙트럼이 피크에 대해 검색될 때, 진실한 값들에서의 경로의 거리 및 도달 각도가 발견될 때에만 각각의 k, i 상의 스티어링 벡터가 제거된다. 즉, 모든 k, i 상의 위상들이 정렬될 수 있고, 코히어런트 누적 후에 최대 값에 도달할 수 있다. 모든 다른 위치에서의 위상들은 정렬될 수 없다. 다시 말해서, 코히어런트 누적 후에 최대 값에 도달할 수 없다. 따라서, 이러한 켤레 보상 방식에서, 진실한 값은 타겟 우도 스펙트럼 상에서 피크로서 강조될 수 있어, 스펙트럼 피크를 검색함으로써 더 신속하고 정확하게 모델 파라미터의 해를 구할 수 있다.

또한, 순회를 통해 메쉬 포인트들에 대응하는 피크들을 검색하는 이러한 방식에서, d_n 및 θ_n은 단지 대략적으로 추정되고, 메시 포인트에 대응하는 피크가 전체 타겟 우도 스펙트럼의 피크가 아닐 수 있다. 따라서, 모델 파라미터의 획득된 값은 초기 값일 뿐이고, 모델 파라미터의 최적 값이 아닐 수 있다.

각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 획득한 후에, 단계 402에서, 액세스 네트워크 디바이스는 d_n 및 θ_n의 획득된 초기 값들을 추가의 정확한 추정을 위한 후속하는 최적의 해를 구하는 프로세스에 대입할 수 있고, 각각의 경로의 진폭

및 각각의 경로의 초기 위상

은 요소 제거를 통해 d_n 및 θ_n로 표현된다. 이러한 방식으로, d_n의 최적 값 및 θ_n의 최적 값, 즉, d_n의 타겟 값 및 θ_n의 타겟 값이 먼저 계산되고, 그 다음에

의 최적 값 및

의 최적 값, 즉,

의 타겟 값 및

의 타겟 값이 d_n의 타겟 값 및 θ_n의 타겟 값에 기초하여 계산된다.

최적화 알고리즘을 사용하여 모델 파라미터의 해를 구하는 프로세스는 구체적으로 다음과 같이 구현될 수 있다:

수학식 4로부터, 각각의 추정된 모델 파라미터 값 그룹

에 대해, 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

이 채널 주파수 응답 모델을 사용하여 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다:

여기서,

는 추정된 모델 파라미터 값 그룹

에 대응하는 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델 F_UL(k,i)을 나타낸다.

최적의 추정된 모델 파라미터 값

은 단계 301에서 계산을 통해 획득된 진실한 h_UL(k,i)에 가장 가까운 F_UL(k,i)를 만든다. 따라서, 모델 파라미터 추정 문제는 아래에 나타낸 최적화 문제로 변환될 수 있다:

다시 말해서, 이 시나리오에서, 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따른다:

는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, F_UL는 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, F는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, h_UL는 업링크 채널 주파수 응답을 나타낸다.

는, 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델이 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장

을 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입함으로써 획득된 표현식이라는 것을 나타낼 수 있다.

다음의 단계들을 통해 수학식 7에 나타낸 최적화 문제의 해를 구할 수 있다:

(1) 수학식 4는 행렬 형태로 작성된다:

다음으로, 수학식 4는 다음과 같이 행렬로 표현될 수 있다:

또한,

I개의 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 수학식 13과 조합하여, 전체 대역폭의 전체 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현될 수 있다:

(2) 수학식 16에 의해 표현되는 행렬 형태에 기초하여, 수학식 7에 나타낸 최적화 문제는 다음과 같이 표현될 수 있다:

가 고정될 때,

의 최적화 문제가 선형 프로그래밍 문제로 변환된다. 이 경우, 최적해는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

는

의 의사-역수를 나타낸다.

(3) 수학식 17에서의 최적화 문제는

에만 관련된, 즉,

에만 관련된 최적화 문제로 변환될 수 있다:

다시 말해서, 수학식 17에서의 4N-차원 최적화 문제는 요소 제거를 통해 수학식 19에서의 2N-차원 최적화 문제로 변환될 수 있고, 그에 의해 계산 복잡도를 감소시키고, 따라서 계산 프로세스가 더 간단하다.

(4) 수학식 19에서의 최적화 문제의 경우, 심플렉스(simplex) 방법(예를 들어, 넬더-미드 방법(Nelder-Mead method))을 사용하여 피크를 결정하여, 최적의

를 획득할 수 있다. 여기서 획득되는

및

는 모델 파라미터들 d_n 및 θ_n의 타겟 값들이다.

단계 402에서 최적의

이 획득된 후에, 단계 3023에서, 액세스 네트워크 디바이스는 수학식 18을 사용하여 최적의

에 기초하여 최적의

을 계산할 수 있다:

여기서 획득되는

및

는 모델 파라미터들

및

의 타겟 값들이다.

지금까지, 모델 파라미터들 d_n, θ_n,

및

의 해를 구하였다.

전술한 설명은 주로 모델 파라미터의 해를 구하는 제1 가능한 구현에서의 방식 A를 예로서 사용하여 제공된다. 제1 가능한 구현에서의 방식 B의 경우, d_n의 초기 값 및 θ_n의 초기 값은 파라미터 공간을 분할함으로써 획득된 메시 포인트들 상에서 타겟 우도 스펙트럼의 피크들을 순회를 통해 검색함으로써 획득된 해들이고, 최적해들이 아닐 수 있으며, 즉, 메시 포인트에 대응하는 피크가 전체 타겟 우도 스펙트럼의 피크가 아닐 수 있기 때문에, 단계 502에서, 액세스 네트워크 디바이스는, 타겟 우도 스펙트럼 상에 있고 초기 값 근처에 있는 피크들, 즉, 메시 포인트들 근처의 위치들에 대응하는 피크들을 순회를 통해 추가로 검색하여, d_n의 타겟 값 및 θ_n의 타겟 값을 획득할 수 있어, 수학식 18을 사용하여

의 타겟 값 및

의 타겟 값을 획득할 수 있다.

또한, 모델 파라미터의 해를 구하는 제2 가능한 구현의 경우, 액세스 네트워크 디바이스는 타겟 우도 스펙트럼을 사용하여 d_n의 초기 값 및 θ_n의 초기 값의 해를 구하지 않을 수 있지만, 최적화 알고리즘(예를 들어, 최대 우도 방법)을 사용하여 수학식 17에 나타낸 최적화 목적 함수에 기초하여 d_n의 타겟 값, θ_n의 타겟 값,

의 타겟 값 및

의 타겟 값의 해를 직접 구할 수 있다. 이러한 방식으로, 전체 파라미터 공간에서 피크를 검색하므로, 획득된 모델 파라미터가 더 정확하다.

모델 파라미터들 d_n, θ_n,

및

의 타겟 값들을 획득한 후에, 단계 303에서, 액세스 네트워크 디바이스는 모델 파라미터들, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답 수학적 모델 F_DL(k,i)을 구성할 수 있다. 여기서, F_DL(k,i)는 액세스 네트워크 디바이스에 의해 구성된 다운링크 채널 주파수 응답 h_DL(k,i)이다:

여기서 h_DL(k,i)는, 진실한 다운링크 채널 주파수 응답이 아니라, 모델 파라미터들 및 채널 주파수 응답 수학적 모델에 기초하여 재구성된 다운링크 채널 주파수 응답이라는 점에 유의해야 한다.

단계 304에서, 액세스 네트워크 디바이스는, 구성된 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여, 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 수학식 1에 나타낸 최적의 빔형성 가중치를 획득할 수 있다.

빔형성 가중치를 획득한 후에, 단계 305에서, 액세스 네트워크 디바이스는 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하고, 그 다음에 신호를 전송할 수 있다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 빔형성 방법에 따르면, 단일 편파 시나리오에서, 다운링크 채널 주파수 응답은 빔형성을 위한 빔형성 가중치를 계산하도록 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

시나리오 2: 이중-편파 안테나 어레이 시나리오

이 시나리오에 대응하는 빔형성 방법의 흐름도에 대해서는, 도 5를 참조한다. 이 시나리오에서, 이중-편파 안테나 어레이 내의 각각의 어레이 요소는 2개의 편파 방향에 대응할 수 있기 때문에, 액세스 네트워크 디바이스는, 2개의 편파 방향에 각각 대응하는 채널 특징들과 조합하여 다운링크 채널 주파수 응답을 재구성하여, 빔형성을 수행할 수 있다. 구체적인 프로세스는 다음과 같다:

액세스 네트워크 디바이스는 단계 301에서 계산을 통해 업링크 채널 주파수 응답을 획득할 수 있다. 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답

및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답

을 포함할 수 있다. 각각의 업링크 서브캐리어 주파수 및 채널 주파수 응답 수학적 모델에 기초하여,

은 수학식 22에 나타낸 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

에 의해 표현될 수 있고,

은 수학식 23에 나타낸 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

에 의해 표현될 수 있다:

여기서, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고, n = 1, 2, …, N은 경로의 번호를 나타내고, N은 경로들의 수량을 나타내고, d_n은 n번째 경로의 거리를 나타내고, θ_n은 n번째 경로의 도달 각도를 나타내고,

은 제1 편파에 대응하는 n번째 경로의 진폭을 나타내고,

은 제2 편파에 대응하는 n번째 경로의 진폭을 나타내고,

은 제1 편파에 대응하는 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,

은 제2 편파에 대응하는 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,

은 i번째 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타낸다.

액세스 네트워크 디바이스가 단계 3021에서 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼을 구성한다는 것은 다음을 포함할 수 있다:

액세스 네트워크 디바이스가 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 제1 편파 우도 스펙트럼을 구성하고; 액세스 네트워크 디바이스가 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답의 제2 편파 우도 스펙트럼을 구성하고, 여기서, 제1 편파 우도 스펙트럼과 제2 편파 우도 스펙트럼의 합이 타겟 우도 스펙트럼이다.

제1 편파 우도 스펙트럼 및 제2 편파 우도 스펙트럼의 형태들에 대해서는, 수학식 4를 참조한다. 구체적으로, 제1 편파 우도 스펙트럼

의 표현식에 대해서는, 다음의 수학식 24를 참조하고; 제2 편파 우도 스펙트럼

의 표현식에 대해서는, 다음의 수학식 25를 참조하고; 제1 편파 우도 스펙트럼과 제2 편파 우도 스펙트럼을 더한 후에 획득된 타겟 우도 스펙트럼

의 표현식에 대해서는, 다음의 수학식 26을 참조한다:

수학식 26에 나타낸 타겟 우도 스펙트럼을 획득한 후에, 액세스 네트워크 디바이스는 단계 401 또는 단계 501에서 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산할 수 있다. 이것은 단일 편파 시나리오에서와 유사하다.

구체적으로, 수학식 26에 나타낸 타겟 우도 스펙트럼에 대응하는 파라미터 공간은 복수의 메시 포인트로 분할될 수 있고, 액세스 네트워크 디바이스는 검색 알고리즘을 사용하여 순회를 통해 메시 포인트들 상에서 피크들을 검색하여, 각각의 경로의 거리 d_n의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도 θ_n의 초기 값을 추정할 수 있다.

수학식 24 및 수학식 25에 나타낸 우도 스펙트럼들은 스티어링 벡터에 대한 켤레 보상 및 코히어런트 누적을 통해 형성되는 공간 스펙트럼들이기 때문에, 진실한 값이 타겟 우도 스펙트럼 상에서 스펙트럼 피크로서 강조될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 모델 파라미터들 d_n 및 θ_n은 이중-편파 시나리오에서 동일하기 때문에, 이중-편파 우도 스펙트럼들(제1 편파 우도 스펙트럼 및 제2 편파 우도 스펙트럼)을 더하여, 전체 타겟 우도 스펙트럼으로 조합할 수 있으므로, 전체 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여, d_n의 초기 값과 θ_n의 초기 값이 공동으로 추정된다. 이중-편파 시나리오에서는, 잡음과 같은 원하지 않는 신호의 경우에, 신호가 제1 편파 우도 스펙트럼 상의 피크에 대응할 때, 신호는 제2 편파 우도 스펙트럼 상의 피크에 대응하지 않을 수 있고, 예를 들어, 밸리(valley)에 대응할 수 있고; 원하는 신호의 경우에, 신호가 제1 편파 우도 스펙트럼 상의 피크에 대응할 때, 신호는 또한 제2 편파 우도 스펙트럼 상의 피크에 대응하기 때문에, 이중-편파 우도 스펙트럼들을 더함으로써, 복수의 진실한 경로에 의해 타겟 우도 스펙트럼 상에 형성된 스펙트럼 피크들이 더 강조될 수 있고, 잡음과 같은 간섭에 의해 타겟 우도 스펙트럼 상에 형성된 의사 피크들이 상대적으로 억제되어, 반복들의 수량을 감소시키고, 이중-편파 시나리오에서의 d_n 및 θ_n의 초기 값들을 더 간단하고, 효율적이며, 정확하게 결정하는 것을 돕는다.

및 각각의 경로의 초기 위상

은 요소 제거를 통해 d_n 및 θ_n로 표현된다. 이러한 방식으로, d_n의 최적 값 및 θ_n의 최적 값, 즉, d_n의 타겟 값 및 θ_n의 타겟 값이 먼저 계산되고, 이어서

의 최적 값 및

의 최적 값, 즉,

의 타겟 값 및 d_n의 타겟 값이 계산된다.

이중-편파 시나리오에서, 각각의 경로의 진폭

은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭

및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭

을 포함하고, 각각의 경로의 초기 위상

은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상

및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상

을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 대응하여, 각각의 경로의 진폭의 타겟 값은 또한 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭의 타겟 값 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭의 타겟 값을 포함하고; 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값은 또한 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값을 포함한다.

최적화 알고리즘을 사용하여 모델 파라미터의 해를 구하는 프로세스는 구체적으로 다음과 같을 수 있다:

각각의 추정된 파라미터 값 그룹

의 경우, 한 쌍의 이중-편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델들이 채널 주파수 응답 모델: 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

에 기초하여 구성될 수 있다는 것을 수학식 22 및 수학식 23 으로부터 알 수 있다.

여기서,

는 추정된 모델 파라미터 값 그룹

에 대응하는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

을 나타내고;

는 추정된 모델 파라미터 값 그룹

에 대응하는 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

을 나타낸다.

최적의 추정된 모델 파라미터 값

은 단계 301에서 계산을 통해 획득된 진실한

에 가장 가까운

을 만들고, 단계 301에서 계산을 통해 획득된 진실한

에 가장 가까운

을 만든다. 따라서, 모델 파라미터 추정 문제는 수학식 29에 나타낸 최적화 문제로 변환될 수 있다:

수학식 30에서, argmin는 최소 값을 획득하도록 목적 함수의 해를 구할 때의 변수를 나타내고, i는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, k는 어레이 요소의 번호를 나타내고,

는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,

는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,

는 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타낸다.

제1 편파 모델 파라미터는 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭 및 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상을 포함할 수 있고, 제2 편파 모델 파라미터는 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상을 포함할 수 있다.

는, 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델이 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장

및 제1 편파 모델 파라미터를 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입함으로써 획득된 표현식이라는 것을 나타낼 수 있다.

는, 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델이 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장

및 제2 편파 모델 파라미터를 채널 주파수 응답 수학적 모델에 대입함으로써 획득된 표현식이라는 것을 나타낼 수 있다.

액세스 네트워크 디바이스가 수학식 27 및 수학식 28에 나타낸 이중-편파 최적화 목적 함수들을 수학식 29에 나타낸 최적화 목적 함수로 조합하여 공동으로 최적의 해를 구할 때, 이중-편파 시나리오에서는, 잡음과 같은 원하지 않는 신호의 경우에, 신호가 제1 편파 최적화 목적 함수 상의 피크에 대응할 때, 신호는 제2 편파 최적화 목적 함수 상의 피크에 대응하지 않을 수 있고, 예를 들어, 밸리에 대응할 수 있고; 원하는 신호의 경우에, 신호가 제1 편파 최적화 목적 함수 상의 피크에 대응할 때, 신호는 또한 제2 편파 최적화 목적 함수 상의 피크에 대응하기 때문에, 이중-편파 최적화 목적 함수들을 더함으로써, 복수의 진실한 경로에 의해 최적화 목적 함수 상에 형성된 피크들이 더 강조될 수 있고, 잡음과 같은 간섭에 의해 최적화 목적 함수 상에 형성된 의사 피크들이 상대적으로 억제되어, 반복들의 수량을 감소시키고, 이중-편파 시나리오에서의 모델 파라미터를 더 간단하고, 효율적이며, 정확하게 결정하는 것을 돕는다는 점에 유의해야 한다.

다음의 단계들을 통해 수학식 29에 나타낸 최적화 문제의 해를 구할 수 있다:

(1) 수학식 22 및 수학식 23은 각각 행렬 형태로 작성된다:

이어서, 수학식 22 및 수학식 23은 다음과 같이 행렬들에 의해 표현될 수 있다:

또한,

I개의 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 수학식 37 및 수학식 38과 조합하여, 전체 대역폭의 전체 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델들은 다음과 같이 표현될 수 있다:

(2) 수학식 42 및 수학식 43에 의해 표현되는 행렬 형태들에 기초하여, 수학식 29에 나타낸 최적화 문제는 다음과 같이 표현될 수 있다:

가 고정될 때,

및

여기서,

는

의 의사-역수를 나타낸다.

(3) 수학식 44에서의 최적화 문제는

에만 관련된, 즉,

에만 관련된 최적화 문제로 변환될 수 있다:

다시 말해서, 수학식 44에서의 6N-차원 최적화 문제는 요소 제거를 통해 수학식 47에서의 2N-차원 최적화 문제로 변환될 수 있고, 그에 의해 계산 복잡도를 감소시키고, 따라서 계산 프로세스가 더 간단하다.

(4) 수학식 47에서의 최적화 문제의 경우, 심플렉스 방법(예를 들어, 넬더-미드 방법(Nelder-Mead method))을 사용하여 검색을 수행하여, 최적의

를 획득할 수 있다. 여기서 획득되는

및

는 모델 파라미터들 d_n 및 θ_n의 타겟 값들이다.

단계 402에서 최적의

이 획득된 후에, 단계 3023에서, 액세스 네트워크 디바이스는 수학식 45 및 수학식 46을 사용하여 최적의

에 기초하여 최적의

을 계산할 수 있다:

여기서 획득된

,

, 및

는 모델 파라미터들

,

, 및

의 타겟 값들이다.

지금까지, 모델 파라미터들 d_n, θ_n,

,

, 및

의 해를 구하였다.

전술한 설명은 주로 모델 파라미터의 해를 구하는 제1 가능한 구현에서의 방식 A를 예로서 사용하여 제공된다. 제1 가능한 구현에서의 방식 B의 경우, 단일 편파 시나리오와 유사하게, d_n의 초기 값 및 θ_n의 초기 값은 파라미터 공간을 분할함으로써 획득된 메시 포인트들 상에서 타겟 우도 스펙트럼의 피크들을 순회를 통해 검색함으로써 획득된 해들이고, 최적해들이 아닐 수 있으며, 즉, 메시 포인트에 대응하는 피크가 전체 타겟 우도 스펙트럼의 피크가 아닐 수 있기 때문이다. 따라서, 단계 502에서, 액세스 네트워크 디바이스는, 타겟 우도 스펙트럼 상에 있고 초기 값 근처에 있는 피크들, 즉, 메시 포인트들 근처의 위치들에 대응하는 피크들을 순회를 통해 추가로 검색하여, d_n의 타겟 값 및 θ_n의 타겟 값을 획득할 수 있어, 수학식 45 및 수학식 46을 사용하여

의 타겟 값,

의 타겟 값, 및

의 타겟 값을 획득할 수 있다.

또한, 단일 편파 시나리오와 유사하게, 모델 파라미터의 해를 구하는 제2 가능한 구현의 경우, 액세스 네트워크 디바이스는 타겟 우도 스펙트럼을 사용하여 d_n의 초기 값 및 θ_n의 초기 값의 해를 구하지 않을 수 있지만, 최적화 알고리즘을 사용하여 수학식 44에 따라 d_n의 타겟 값, θ_n의 타겟 값,

의 타겟 값,

의 타겟 값, 및

의 타겟 값의 해를 직접 구할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 전체 파라미터 공간에서 순회를 통해 검색하므로, 획득된 모델 파라미터가 더 정확하다.

모델 파라미터들 d_n, θ_n,

,

, 및

의 타겟 값들이 획득된 후에, 이중-편파 시나리오에서, 액세스 네트워크 디바이스가 단계 303에서 모델 파라미터, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성한다는 것은 다음의 단계들을 포함할 수 있다:

3031. 액세스 네트워크 디바이스가 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성한다.

3032. 액세스 네트워크 디바이스가 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성한다.

구체적으로, 액세스 네트워크 디바이스는 아래에 나타낸 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

및 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답 수학적 모델

을 구성할 수 있고, 여기서

는 액세스 네트워크 디바이스에 의해 구성된 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답

이고,

는 액세스 네트워크 디바이스에 의해 구성된 다운링크 채널 주파수 응답

이다:

이중-편파 시나리오에서, 빔형성 가중치는 제1 편파 가중치 및 제2 편파 가중치를 포함하고, 액세스 네트워크 디바이스가 단계 304에서 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산한다는 것은 다음의 단계들을 포함한다:

3041. 액세스 네트워크 디바이스가 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 제1 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산한다.

3042. 액세스 네트워크 디바이스가 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 제2 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산한다.

단계 304에서, 액세스 네트워크 디바이스는, 구성된 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여, 수학식 52에 나타낸 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 제1 편파 최적의 빔형성 가중치 및 수학식 53에 나타낸 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 제2 편파 최적의 빔형성 가중치를 별개로 획득할 수 있다:

빔형성 가중치들을 획득한 후에, 단계 305에서, 액세스 네트워크 디바이스는 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하고, 그 다음에 신호를 전송할 수 있다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 빔형성 방법에 따르면, 이중-편파 시나리오에서, 이중-편파 특징들에 기초하여 이중-편파 다운링크 채널 주파수 응답들을 구성하여, 이중-편파 다운링크 채널 주파수 응답들에 기초하여 빔형성 가중치들을 계산하여, 빔형성을 수행할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 특히 이중-편파 시나리오에서, 본 출원의 이 실시예에서 제공되는 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터는 다른 수학적 모델과 달리 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 갖기 때문에, 다운링크 채널을 재구성하는 프로세스가 더 간단하다.

또한, 2가지 시나리오에서 획득되는 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터의 값들은 채널 다중경로 파라미터의 실제 값들이 아니라 채널 다중경로 파라미터의 추정된 값들이라는 점에 유의해야 한다. 빔형성 이외에, 모델 파라미터 및 재구성된 다운링크 채널 주파수 응답은 복수의 양태에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 다음과 같다:

(1) 타겟 위치결정

추정된 채널 다중경로 파라미터, 예를 들어, 지연(즉, 경로의 거리) 또는 도달 각도에 기초하여 타겟에 대해 기하학적 반전 계산(geometric inversion calculation)을 수행하여, 공간 내의 타겟의 특정 위치를 획득한다.

(2) 업링크 커버리지 증강

채널 파라미터 추정 및 채널 재구성에 기초하여, 업링크를 통해, 특정 대역폭의 채널 주파수 응답을 사용하여 이웃 대역폭의 채널 주파수 응답을 재구성할 수 있으므로, SRS를 전송하는 데 사용될 수 있는 업링크 대역폭이 배가되어(multiplied), 업링크 커버리지 증강을 달성할 수 있다.

(3) 채널 추정에 기초한 잡음 감소

종래의 잡음 감소 해결책은 지연 도메인에서 채널 응답 테일(channel response tailing)의 성분을 절단(truncating)함으로써 구현된다. 그러나, 채널의 특정 다중경로 지연 위치가 알려지지 않기 때문에, 지연 도메인에서의 절단은 부정확하고, 대부분의 잡음 성분들이 여전히 남아있을 수 있고, 신호의 일부가 절단될 수 있다. 채널 파라미터 추정을 통해, 다중경로 지연 위치를 절단 전에 정확하게 알 수 있으므로, 잡음 성분을 정확하게 제거하고 신호 성분을 유지하여, 더 큰 잡음 감소 효과를 달성할 수 있다.

위에서는 주로 네트워크 요소들 사이의 상호작용의 관점에서 본 출원의 실시예들에서 제공되는 해결책들을 설명한다. 전술한 기능들을 구현하기 위해, 액세스 네트워크 디바이스 및 단말기와 같은 네트워크 요소들은 기능들을 수행하기 위한 대응하는 하드웨어 구조들 및/또는 소프트웨어 모듈들을 포함한다는 점이 이해될 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 본 명세서에 개시된 실시예들에서 설명된 예들에서의 알고리즘들 및 단계들을 참조하여, 본 출원이 하드웨어 또는 하드웨어와 컴퓨터 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다는 것을 쉽게 인식해야 한다. 기능이 하드웨어 또는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 구동되는 하드웨어에 의해 수행되는지는 기술적 해결책들의 특정 응용들 및 설계 제약들에 의존한다. 본 기술분야의 기술자는 각각의 특정 애플리케이션에 대해 설명된 기능들을 구현하기 위해 상이한 방법들을 사용할 수 있지만, 이러한 구현이 본 출원의 범위를 벗어나는 것으로 고려되어서는 안 된다.

본 출원의 실시예들에서, 액세스 네트워크 디바이스는 전술한 방법 예에 기초하여 기능 모듈들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 기능 모듈들은 기능들에 대응하여 분할될 수 있거나, 또는 2개 이상의 기능이 하나의 처리 모듈에 통합될 수 있다. 통합된 모듈은 하드웨어의 형태로 구현될 수 있거나, 소프트웨어 기능 모듈의 형태로 구현될 수 있다. 본 출원의 실시예들에서의 모듈 분할은 예이고, 단지 논리적 기능 분할이라는 점에 유의해야 한다. 실제 구현에서, 다른 분할 방식이 사용될 수 있다.

기능 모듈들이 기능들에 대응하여 분할을 통해 획득될 때, 도 6은 전술한 실시예에서의 액세스 네트워크 디바이스의 가능한 개략적인 구조도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 액세스 네트워크 디바이스는: 제1 계산 유닛(601), 제2 계산 유닛(602), 구성 유닛(603), 제3 계산 유닛(604), 및 빔형성 유닛(605)을 포함할 수 있다.

제1 계산 유닛(601)은 도 3에 도시된 빔형성 방법에서 단계 301을 수행함에 있어서 액세스 네트워크 디바이스를 지원하도록 구성된다. 제2 계산 유닛(602)은 도 3의 단계 302, 및 전술한 단계 3021, 단계 3022, 단계 3023, 단계 401, 단계 402, 단계 501, 및 단계 502를 수행함에 있어서 액세스 네트워크 디바이스를 지원하도록 구성된다. 구성 유닛(603)은 도 3에 도시된 빔형성 방법에서의 단계 303, 및 전술한 단계 3031 및 단계 3032를 수행함에 있어서 액세스 네트워크 디바이스를 지원하도록 구성된다. 제3 계산 유닛(604)은 도 3에 도시된 빔형성 방법에서의 단계 304, 및 전술한 단계 3041 및 단계 3042를 수행함에 있어서 액세스 네트워크 디바이스를 지원하도록 구성된다. 빔형성 유닛(605)은 도 3에 도시된 빔형성 방법에서의 단계 305를 수행함에 있어서 액세스 네트워크 디바이스를 지원하도록 구성된다.

본 출원의 이 실시예에서, 다른 모듈 분할 방식으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 액세스 네트워크 디바이스는: 업링크 사운딩 서브시스템(uplink sounding subsystem)(701), 기저대역 서브시스템(702), 중간 무선 주파수 서브시스템(703), 및 안테나 서브시스템(704)을 포함할 수 있다. 제1 계산 유닛(601)의 기능은 업링크 사운딩 서브시스템(701)을 사용하여 구현될 수 있고; 제2 계산 유닛(602)의 기능은 기저대역 서브시스템(702)을 사용하여 구현될 수 있고; 구성 유닛(603)의 기능은 기저대역 서브시스템(702)을 사용하여 구현될 수 있고; 제3 계산 유닛(604)의 기능은 기저대역 서브시스템(702) 또는 중간 무선 주파수 서브시스템(703)을 사용하여 구현될 수 있고; 빔형성 유닛(605)의 기능은 안테나 서브시스템(704)을 사용하여 구현될 수 있다.

전술한 방법 실시예에서의 단계들의 모든 관련된 내용은 대응하는 기능 모듈들의 기능 설명들에서 인용될 수 있고, 상세사항들은 여기서 다시 설명되지 않는다는 점에 유의해야 한다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 액세스 네트워크 디바이스는 데이터 처리 방법을 수행하도록 구성되고, 따라서 데이터 처리 방법과 동일한 효과들을 달성할 수 있다.

통합된 모듈 유닛이 사용될 때, 도 7은 전술한 실시예에서의 액세스 네트워크 디바이스의 다른 가능한 개략적인 구조도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 액세스 네트워크 디바이스는 처리 모듈(801) 및 통신 모듈(802)을 포함한다.

처리 모듈(801)은 액세스 네트워크 디바이스의 동작을 제어 및 관리하도록 구성된다. 예를 들어, 처리 모듈(801)은 도 3, 도 4, 및 도 5의 단계들을 수행함에 있어서 액세스 네트워크 디바이스를 지원하도록 구성되고, 및/또는 본 명세서에서 설명된 기술의 다른 프로세스를 실행하도록 구성된다. 통신 모듈(802)은 다른 네트워크 엔티티와 통신, 예를 들어, 도 1에 도시된 단말기와 통신함에 있어서 액세스 네트워크 디바이스를 지원하도록 구성된다. 액세스 네트워크 디바이스는 액세스 네트워크 디바이스의 프로그램 코드 및 데이터를 저장하도록 구성되는 저장 모듈(803)을 추가로 포함할 수 있다.

처리 모듈(801)은 프로세서 또는 제어기일 수 있다. 처리 모듈(801)은 본 출원에 개시된 내용을 참조하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들을 구현하거나 실행할 수 있다. 대안적으로, 프로세서는 컴퓨팅 기능을 구현하기 위한 조합, 예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서의 조합, 또는 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 또는 이와 유사한 것일 수 있다. 통신 모듈(802)은 송수신기, 송수신기 회로, 통신 인터페이스 등일 수 있다. 저장 모듈(803)은 메모리일 수 있다.

처리 모듈(801)이 프로세서이고, 통신 모듈(802)이 통신 인터페이스이고, 저장 모듈(803)이 메모리일 때, 본 출원의 이 실시예에서의 액세스 네트워크 디바이스는 도 8에 도시된 액세스 네트워크 디바이스일 수 있다.

또한, 도 2 및 도 6의 액세스 네트워크 디바이스들은 기능 유닛의 형태로 제시된다. 본 명세서에서 "유닛"은 특정 용도 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC), 하나 이상의 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램을 실행하기 위한 프로세서, 메모리, 통합된 논리 회로, 및/또는 전술한 기능을 제공할 수 있는 다른 컴포넌트일 수 있다. 간단한 실시예에서, 본 기술분야의 통상의 기술자는 도 2 및 도 6의 액세스 네트워크 디바이스들이 대안적으로 도 8에 도시된 형태로 제시될 수 있다는 것을 알 수 있다. 유닛들은 도 8의 프로세서 및 메모리를 사용하여 구현될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 액세스 네트워크 디바이스는 송수신기(903)에 결합된 하나 이상의 포트(904)를 포함할 수 있다. 송수신기(903)는 송신기, 수신기, 또는 이들의 조합일 수 있고, 포트(904)를 통해 다른 네트워크 요소로/로부터 데이터 패킷을 전송/수신할 수 있다. 프로세서(901)는 송수신기(903)에 결합되고, 데이터 패킷을 처리하도록 구성된다. 프로세서(901)는 하나 이상의 멀티-코어 프로세서 및/또는 메모리(902)를 포함할 수 있다. 프로세서(901)는 범용 프로세서, 전용 집적 회로, 또는 디지털 신호 프로세서(digital signal processing, DSP)일 수 있다.

메모리(902)는 프로세서(901)에 결합되고 상이한 타입의 데이터를 저장하도록 구성되는 비일시적 저장 매체일 수 있다. 메모리(902)는 판독 전용 메모리(read-only memory, ROM), 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM), 또는 정보 및 명령어들을 저장할 수 있는 다른 타입의 동적 저장 디바이스를 포함할 수 있거나, 또는 자기 디스크 스토리지일 수 있다.

본 발명의 실시예는, 전술한 방법 실시예를 수행하도록 설계된 프로그램을 포함하는 도 2, 도 6, 도 7, 또는 도 8에 도시된 액세스 네트워크 디바이스에 의해 사용되는 컴퓨터 소프트웨어 명령어를 저장하도록 구성되는 컴퓨터 저장 매체를 추가로 제공한다. 빔형성은 저장된 프로그램을 실행함으로써 구현될 수 있다.

본 출원의 실시예는 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 추가로 제공한다. 명령어가 컴퓨터 상에서 실행될 때, 컴퓨터는 전술한 방법 실시예에서 제공되는 빔형성 방법을 수행한다.

구현들에 관한 전술한 설명들로부터, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 편리하고 간략한 설명의 목적으로, 전술한 기능 모듈들의 분할이 예시를 위한 일 예로서 사용된다는 것을 이해할 수 있다. 실제 응용에서, 전술한 기능들은 요건에 따라 상이한 모듈들에 할당되어 구현될 수 있으며, 즉, 위에 설명된 기능들의 전부 또는 일부를 구현하기 위해 장치의 내부 구조가 상이한 기능 모듈들로 분할된다.

본 출원에서 제공되는 몇몇 실시예들에서, 개시된 장치 및 방법이 다른 방식들로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 설명된 장치 실시예는 예일 뿐이다. 예를 들어, 모듈 또는 유닛 분할은 논리적인 기능 분할일 뿐이며 실제 구현에서는 다른 분할이 될 수 있다. 예를 들어, 복수의 유닛 또는 컴포넌트가 다른 시스템으로 조합 또는 통합될 수 있거나, 일부 특징들이 무시되거나 수행되지 않을 수 있다. 추가로, 디스플레이되거나 논의된 상호 결합 또는 직접 결합 또는 통신 접속은 일부 인터페이스들을 통해 구현될 수 있다. 장치들 또는 유닛들 사이의 간접 결합들 또는 통신 접속들은 전자적, 기계적, 또는 다른 형태들로 구현될 수 있다.

별개의 부분들로서 설명된 유닛들은 물리적으로 별개일 수 있거나 그렇지 않을 수 있으며, 유닛들로서 표시된 부분들은 하나 이상의 물리적 유닛일 수 있거나, 한 장소에 위치할 수 있거나, 상이한 장소에 분산될 수 있다. 유닛들의 일부 또는 전부는 실시예들의 해결책들의 목적들을 달성하기 위해 실제 요건들에 기초하여 선택될 수 있다.

또한, 본 출원의 실시예들에서의 기능 유닛들은 하나의 처리 유닛으로 통합될 수 있거나, 유닛들 각각은 물리적으로 단독으로 존재할 수 있거나, 2개 이상의 유닛이 하나의 유닛으로 통합될 수 있다. 통합된 유닛은 하드웨어의 형태로 구현될 수 있거나, 또는 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현될 수 있다.

통합된 유닛이 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현되어 독립 제품으로서 판매되거나 사용될 때, 통합된 유닛은 판독가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 이러한 이해에 기초하여, 본 출원의 실시예들에서의 기술적 해결책들은 본질적으로, 또는 종래 기술에 기여하는 부분은, 또는 기술적 해결책들의 전부 또는 일부는, 소프트웨어 제품의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 제품은 저장 매체에 저장되며, 디바이스(단일-칩 마이크로컴퓨터, 칩 등일 수 있음) 또는 프로세서(processor)에, 본 출원의 실시예들에서 설명된 방법들의 단계들의 전부 또는 일부를 수행할 것을 지시하기 위한 수 개의 명령어들을 포함한다. 전술한 저장 매체는, USB 플래시 드라이브, 이동식 하드 디스크, ROM, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크, 또는 광학 디스크와 같은, 프로그램 코드를 저장할 수 있는 임의의 매체를 포함한다.

전술한 설명들은 본 발명의 특정 구현들에 불과하고, 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명에 개시되는 기술적 범위 내에서 이 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 도출되는 임의의 변형 또는 치환은 본 발명의 보호 범위 내에 속할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구항들의 보호 범위에 따를 것이다.

Claims

빔형성(beamforming) 방법으로서,
업링크 신호에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답을 계산하는 단계;
상기 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터를 계산하는 단계 - 상기 모델 파라미터는 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성(reciprocity)을 가짐 - ;
상기 모델 파라미터, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하는 단계;
상기 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치(beamforming weight)를 계산하는 단계; 및
상기 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 안테나 어레이는 이중-편파 안테나 어레이(dual-polarized antenna array) 또는 단일-편파 안테나 어레이(single-polarized antenna array)인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 모델 파라미터는 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터를 계산하는 단계는:
상기 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼(target likelihood spectrum)을 구성하는 단계;
상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하는 단계; 및
상기 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 상기 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값에 기초하여 각각의 경로의 진폭의 타겟 값 및 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값을 계산하는 단계
를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하는 단계는:
상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하는 단계; 및
최적화 알고리즘(optimization algorithm)을 사용하여 상기 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 상기 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하는 단계
를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하는 단계는:
상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하는 단계; 및
검색 알고리즘(search algorithm)을 사용하여 상기 타겟 우도 스펙트럼, 상기 각각의 경로의 거리의 초기 값, 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하는 단계
를 포함하는, 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현되고:

여기서, F(k,i)는 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, n = 1, 2, …, N은 경로의 번호를 나타내고, N은 경로들의 수량을 나타내고, d_n은 n번째 경로의 거리를 나타내고, θ_n는 상기 n번째 경로의 도달 각도를 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 진폭을 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,
은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격(array element spacing)을 나타내는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 업링크 채널 주파수 응답의 상기 타겟 우도 스펙트럼은 다음과 같이 표현되고:

여기서,
는 상기 타겟 우도 스펙트럼을 나타내고, h_UL(k,i)는 상기 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고, d는 경로의 거리를 나타내고, θ는 경로의 도달 각도를 나타내고,
은 i번째 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고,
는 유클리드 놈(Euclidean norm)을 나타내는, 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 평면 어레이일 때, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현되고:

여기서, F(k_H,k_V,i)는 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, n = 1, 2, …, N은 경로의 번호를 나타내고, N은 경로들의 수량을 나타내고, d_n은 n번째 경로의 거리를 나타내고, θ_n는 상기 n번째 경로의 도달 각도를 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 진폭을 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,
은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고, k_H는 상기 안테나 어레이의 행들의 수량을 나타내고, k_V는 상기 안테나 어레이의 열들의 수량을 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 수평 각도를 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 피치 각도(pitch angle)를 나타내는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 상기 이중-편파 안테나 어레이일 때, 상기 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 상기 모델 파라미터는 제1 편파 모델 파라미터 및 제2 편파 모델 파라미터를 포함하고, 상기 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따르고:

여기서, argmin는 최소 값을 획득하도록 목적 함수의 해를 구할 때의 변수를 나타내고, i는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, k는 어레이 요소의 번호를 나타내고,
는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,
는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,
는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고,
는 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, F는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고,
는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,
는 상기 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,
는 유클리드 놈을 나타내는, 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 상기 이중-편파 안테나 어레이일 때, 상기 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 상기 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼을 구성하는 단계는:
상기 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 업링크 채널 주파수 응답의 제1 편파 우도 스펙트럼을 구성하는 단계; 및
상기 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 업링크 채널 주파수 응답의 제2 편파 우도 스펙트럼을 구성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 편파 우도 스펙트럼과 상기 제2 편파 우도 스펙트럼의 합이 상기 타겟 우도 스펙트럼인, 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 상기 이중-편파 안테나 어레이일 때, 각각의 경로의 진폭은 제1 편파 방향에 대응하는 각각의 경로의 진폭 및 제2 편파 방향에 대응하는 각각의 경로의 진폭을 포함하고, 각각의 경로의 초기 위상은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상을 포함하고, 상기 다운링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 상기 모델 파라미터, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하는 단계는:
상기 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 상기 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 상기 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하는 단계; 및
상기 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 상기 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 상기 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하는 단계
를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서, 상기 가중치는 제1 편파 가중치 및 제2 편파 가중치를 포함하고, 상기 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하는 단계는:
상기 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 상기 제1 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하는 단계; 및
상기 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 상기 제2 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따르고:

여기서, argmin는 최소 값을 획득하도록 목적 함수의 해를 구할 때의 변수를 나타내고, i는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, k는 어레이 요소의 번호를 나타내고,
는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,
는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, F_UL는 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, F는 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, h_UL는 상기 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,
는 유클리드 놈을 나타내는, 방법.
액세스 네트워크 디바이스로서,
업링크 신호에 기초하여 업링크 채널 주파수 응답을 계산하도록 구성되는 제1 계산 유닛;
상기 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 채널 주파수 응답 수학적 모델에서의 모델 파라미터를 계산하도록 구성되는 제2 계산 유닛 - 상기 모델 파라미터는 업링크 및 다운링크 서브캐리어 주파수들에 대해 상호성을 가짐 - ;
상기 모델 파라미터, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하도록 구성되는 구성 유닛;
상기 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하도록 구성되는 제3 계산 유닛; 및
상기 가중치에 기초하여 안테나 어레이에 대해 다운링크 빔형성을 수행하도록 구성되는 빔형성 유닛
을 포함하고, 상기 안테나 어레이는 이중-편파 안테나 어레이 또는 단일-편파 안테나 어레이인, 액세스 네트워크 디바이스.
제14항에 있어서, 상기 모델 파라미터는 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 각각의 경로의 진폭, 및 각각의 경로의 초기 위상을 포함하는, 액세스 네트워크 디바이스.
제15항에 있어서, 상기 제2 계산 유닛은:
상기 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 업링크 채널 주파수 응답의 타겟 우도 스펙트럼을 구성하고;
상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하고;
상기 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 상기 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값에 기초하여 각각의 경로의 진폭의 타겟 값 및 각각의 경로의 초기 위상의 타겟 값을 계산하도록 구체적으로 구성되는, 액세스 네트워크 디바이스.
제16항에 있어서, 상기 제2 계산 유닛은:
상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하고;
최적화 알고리즘을 사용하여 상기 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 상기 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하도록 구체적으로 구성되는, 액세스 네트워크 디바이스.
제16항에 있어서, 상기 제2 계산 유닛은:
상기 타겟 우도 스펙트럼에 기초하여 각각의 경로의 거리의 초기 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값을 계산하고;
검색 알고리즘을 사용하여 상기 타겟 우도 스펙트럼, 상기 각각의 경로의 거리의 초기 값, 및 각각의 경로의 도달 각도의 초기 값에 기초하여 각각의 경로의 거리의 타겟 값 및 각각의 경로의 도달 각도의 타겟 값을 계산하도록 구체적으로 구성되는, 액세스 네트워크 디바이스.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현되고:

여기서, F(k,i)는 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, n = 1, 2, …, N은 경로의 번호를 나타내고, N은 경로들의 수량을 나타내고, d_n은 n번째 경로의 거리를 나타내고, θ_n는 상기 n번째 경로의 도달 각도를 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 진폭을 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,
은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내는, 액세스 네트워크 디바이스.
제19항에 있어서, 상기 업링크 채널 주파수 응답의 상기 타겟 우도 스펙트럼은 다음과 같이 표현되고:

여기서,
는 상기 타겟 우도 스펙트럼을 나타내고, h_UL(k,i)는 상기 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고, d는 경로의 거리를 나타내고, θ는 경로의 도달 각도를 나타내고,
은 i번째 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고,
는 유클리드 놈을 나타내는, 액세스 네트워크 디바이스.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 평면 어레이일 때, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델은 다음과 같이 표현되고:

여기서, F(k_H,k_V,i)는 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, n = 1, 2, …, N은 경로의 번호를 나타내고, N은 경로들의 수량을 나타내고, d_n은 n번째 경로의 거리를 나타내고, θ_n는 상기 n번째 경로의 도달 각도를 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 진폭을 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 초기 위상을 나타내고,
은 i번째 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, i = 1, 2, …, I는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, I는 서브캐리어 주파수들의 수량을 나타내고, k = 1, 2, …, K는 어레이 요소의 번호를 나타내고, K는 어레이 요소들의 수량을 나타내고, l은 어레이 요소 간격을 나타내고, k_H는 상기 안테나 어레이의 행들의 수량을 나타내고, k_V는 상기 안테나 어레이의 열들의 수량을 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 수평 각도를 나타내고,
은 상기 n번째 경로의 피치 각도를 나타내는, 액세스 네트워크 디바이스.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 상기 이중-편파 안테나 어레이일 때, 상기 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 상기 모델 파라미터는 제1 편파 모델 파라미터 및 제2 편파 모델 파라미터를 포함하고, 상기 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따르고:

여기서, argmin는 최소 값을 획득하도록 목적 함수의 해를 구할 때의 변수를 나타내고, i는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, k는 어레이 요소의 번호를 나타내고,
는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,
는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,
는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고,
는 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, F는 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고,
는 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,
는 상기 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,
는 유클리드 놈을 나타내는, 액세스 네트워크 디바이스.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 상기 이중-편파 안테나 어레이일 때, 상기 업링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 상기 제2 계산 유닛은:
상기 제1 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 업링크 채널 주파수 응답의 제1 편파 우도 스펙트럼을 구성하고;
상기 제2 편파 업링크 채널 주파수 응답 및 각각의 업링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 업링크 채널 주파수 응답의 제2 편파 우도 스펙트럼을 구성하도록 구체적으로 구성되고,
상기 제1 편파 우도 스펙트럼과 상기 제2 편파 우도 스펙트럼의 합이 상기 타겟 우도 스펙트럼인, 액세스 네트워크 디바이스.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 상기 이중-편파 안테나 어레이일 때, 각각의 경로의 진폭은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭을 포함하고, 각각의 경로의 초기 위상은 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상 및 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상을 포함하고, 상기 다운링크 채널 주파수 응답은 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답 및 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 포함하고, 상기 구성 유닛은:
상기 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 상기 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 상기 제1 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하고;
상기 모델 파라미터들에서의 각각의 경로의 거리, 각각의 경로의 도달 각도, 상기 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 진폭, 및 상기 제2 편파에 대응하는 각각의 경로의 초기 위상, 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델, 및 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수에 기초하여 상기 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답을 구성하도록 구체적으로 구성되는, 액세스 네트워크 디바이스.
제24항에 있어서, 상기 가중치는 제1 편파 가중치 및 제2 편파 가중치를 포함하고, 상기 제3 계산 유닛은:
상기 제1 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 상기 제1 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하고;
상기 제2 편파 다운링크 채널 주파수 응답에 기초하여 상기 제2 편파에 대응하는 각각의 다운링크 서브캐리어 주파수의 빔형성 가중치를 계산하도록 구체적으로 구성되는, 액세스 네트워크 디바이스.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모델 파라미터는 다음의 표현식을 따르고:

여기서, argmin는 최소 값을 획득하도록 목적 함수의 해를 구할 때의 변수를 나타내고, i는 서브캐리어 주파수의 번호를 나타내고, k는 어레이 요소의 번호를 나타내고,
는 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고,
는 업링크 서브캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타내고, F_UL는 업링크 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, F는 상기 채널 주파수 응답 수학적 모델을 나타내고, h_UL는 상기 업링크 채널 주파수 응답을 나타내고,
는 유클리드 놈을 나타내는, 액세스 네트워크 디바이스.
액세스 네트워크 디바이스로서,
프로세서, 메모리, 버스, 및 통신 인터페이스를 포함하고,
상기 메모리는 컴퓨터 실행가능 명령어를 저장하도록 구성되고, 상기 프로세서 및 상기 메모리는 상기 버스를 사용하여 서로 접속되고, 상기 액세스 네트워크 디바이스가 실행될 때, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 상기 컴퓨터 실행가능 명령어를 실행하여, 상기 액세스 네트워크 디바이스가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 빔형성 방법을 수행하게 하는, 액세스 네트워크 디바이스.
컴퓨터 저장 매체로서, 컴퓨터 프로그램이 상기 컴퓨터 저장 매체 상에 저장되고, 상기 프로그램이 프로세서에 의해 실행될 때, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법이 구현되는, 컴퓨터 저장 매체.