KR102448673B1 - 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 사용한 통신 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 사용한 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 사용한 통신 방법 및 장치가 개시된다. 수신기의 통신 방법은 하이브리드 빔포밍이 적용된 빔들을 통해 통신 시스템의 송신기로부터 참조 신호들을 수신하는 단계, 상기 참조 신호들에 기초하여, 상기 빔들에 속한 아날로그 빔들 중에서 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하는 단계, 상기 참조 신호들에 기초하여, 상기 빔들에 속한 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 아날로그 빔에 대응하고 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 디지털 빔을 선택하는 단계를 포함한다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 사용한 통신 방법 및 장치{COMMUNICATION METHOD AND APPARATUS USING MULTIPLE ANTENNAS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 안테나를 사용하여 향상된 통신 서비스를 제공하는 무선 통신 기술에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서 단말(user equipment)은 일반적으로 기지국(base station)을 통해 데이터 유닛(data unit)을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 제2 단말로 전송될 데이터 유닛이 존재하는 경우, 제1 단말은 제2 단말로 전송될 데이터 유닛을 포함하는 메시지를 생성할 수 있고, 생성된 메시지를 자신이 속한 제1 기지국에 전송할 수 있다. 제1 기지국은 제1 단말로부터 메시지를 수신할 수 있고, 수신된 메시지의 목적지가 제2 단말인 것을 확인할 수 있다. 제1 기지국은 확인된 목적지인 제2 단말이 속한 제2 기지국에 메시지를 전송할 수 있다. 제2 기지국은 제1 기지국으로부터 메시지를 수신할 수 있고, 수신된 메시지의 목적지가 제2 단말인 것을 확인할 수 있다. 제2 기지국은 확인된 목적지인 제2 단말에 메시지를 전송할 수 있다. 제2 단말은 제2 기지국으로부터 메시지를 수신할 수 있고, 수신된 메시지에 포함된 데이터 유닛을 획득할 수 있다.
한편, 앞서 설명된 무선 통신 시스템의 사용자가 급증함에 따라 통신 서비스의 향상을 위해 효율적인 통신 방법이 필요할 것이다. 예를 들어, 통신 서비스의 향상을 위해 다중 안테나에 기초한 통신이 고려될 수 있다. 다만, 다중 안테나에 기초한 통신이 수행되는 경우에도 아래 이슈(issue)들에 대한 개선 방안이 필요할 것이다.
- 전송 지연의 감소
- 데이터 전송/재전송 성능의 개선을 통한 신뢰성 보장
- 단말(예를 들어, 사용자) 특성 및 서비스 특성을 반영하기 위해 유연성 및 확장성을 가지는 서비스 제공
- 주파수 운용 규제 및 주파수 특징을 고려한 서비스 제공
- 사용자의 요구에 따라 대용량 데이터의 전송 또는 높은 데이터 전송률의 제공
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 향상된 통신 서비스를 제공하기 위해 다중 안테나에 기초한 통신 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 시스템의 수신기에서 통신 방법은, 하이브리드 빔포밍이 적용된 빔들을 통해 상기 통신 시스템의 송신기로부터 참조 신호들을 수신하는 단계, 상기 참조 신호들에 기초하여, 상기 빔들에 속한 아날로그 빔들 중에서 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하는 단계, 상기 참조 신호들에 기초하여, 상기 빔들에 속한 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 아날로그 빔에 대응하고 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 디지털 빔을 선택하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 아날로그 빔 및 상기 적어도 하나의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 지시하는 정보를 상기 송신기에 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하는 단계는 상기 아날로그 빔들에 속한 수평 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수평 아날로그 빔을 선택하는 단계, 및 상기 아날로그 빔들에 속한 수직 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수직 아날로그 빔을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔은 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔과 수직 방향에 배치된 아날로그 빔일 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 디지털 빔을 선택하는 단계는 상기 디지털 빔들에 속한 수평 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔과 대응하고 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수평 디지털 빔을 선택하는 단계, 및 상기 디지털 빔들에 속한 수직 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔과 대응하고 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수직 디지털 빔을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 수직 디지털 빔은 상기 적어도 하나의 수평 디지털 빔과 수직 방향에 배치된 디지털 빔일 수 있다.
여기서, 상기 참조 신호들은 상기 송신기의 결합된 빔을 통해 수신될 수 있다.
여기서, 상기 디지털 빔들은 상기 아날로그 빔들의 전기적 틸팅에 의해 생성될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 디지털 빔을 선택하는 단계는 상기 적어도 하나의 디지털 빔의 프리코딩 벡터를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 시스템의 송신기에서 통신 방법은, 아날로그 빔들과 디지털 빔들을 사용하여 참조 신호들을 전송하는 단계, 상기 참조 신호들에 기초하여 선택된 적어도 하나의 아날로그 빔 및 적어도 하나의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 지시하는 정보를 상기 통신 시스템의 수신기로부터 수신하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 아날로그 빔 및 상기 적어도 하나의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 사용하여 상기 수신기와 통신을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 송신기의 안테나 모듈은 서로 다른 섹터를 지원하는 복수의 빔포머들을 포함하고, 상기 복수의 빔포머들 각각은 복수의 패널들을 포함하고, 복수의 패널들 각각은 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하고, 상기 아날로그 빔들과 상기 디지털 빔들은 하나의 빔포머에 의해 전송된다.
여기서, 상기 참조 신호들은 간섭 측정을 위해 설정된 시간-주파수 자원을 제외한 시간-주파수 자원을 통해 전송될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 디지털 빔은 상기 적어도 하나의 아날로그 빔의 전기적 틸팅에 의해 생성될 수 있다.
여기서, 상기 참조 신호들은 상기 아날로그 빔들 및 상기 디지털 빔들 중에서 적어도 두 개의 빔들이 결합된 빔을 통해 전송될 수 있다.
여기서, 상기 결합된 빔은 하나의 빔포머에 속한 패널들이 하나의 지향점을 가지도록 가상화됨으로써 생성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 시스템의 수신기는 프로세서 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은 하이브리드 빔포밍이 적용된 빔들을 통해 상기 통신 시스템의 송신기로부터 참조 신호들을 수신하고, 상기 참조 신호들에 기초하여, 상기 빔들에 속한 아날로그 빔들 중에서 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하고, 상기 참조 신호들에 기초하여, 상기 빔들에 속한 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 아날로그 빔에 대응하고 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 디지털 빔을 선택하고, 그리고 상기 적어도 하나의 아날로그 빔 및 상기 적어도 하나의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 지시하는 정보를 상기 송신기에 전송하도록 실행된다.
여기서, 상기 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하는 경우에 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 아날로그 빔들에 속한 수평 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수평 아날로그 빔을 선택하고, 그리고 상기 아날로그 빔들에 속한 수직 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수직 아날로그 빔을 선택하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 디지털 빔을 선택하는 경우에 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 디지털 빔들에 속한 수평 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔과 대응하고 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수평 디지털 빔을 선택하고, 그리고 상기 디지털 빔들에 속한 수직 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔과 대응하고 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수직 디지털 빔을 선택하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔은 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔과 수직 방향에 배치된 아날로그 빔일 수 있고, 상기 적어도 하나의 수직 디지털 빔은 상기 적어도 하나의 수평 디지털 빔과 수직 방향에 배치된 디지털 빔일 수 있다.
여기서, 상기 참조 신호들은 상기 송신기의 결합된 빔을 통해 수신될 수 있다.
여기서, 상기 디지털 빔들은 상기 아날로그 빔들의 전기적 틸팅에 의해 생성될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 디지털 빔을 선택하는 경우에 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 적어도 하나의 디지털 빔의 프리코딩 벡터를 확인하도록 실행될 수 있다.
본 발명에 의하면, 통신 시스템에서 향상된 통신 서비스가 제공될 수 있다. 특히, 다중 안테나에 기초하여 통신이 수행되는 경우, 빔 검색(beam finding) 절차를 통해 최적의 빔(예를 들어, 아날로그 빔, 디지털 빔)이 선택될 수 있으므로 통신 성능이 향상될 수 있다. 또한, 빔 측정(measurement) 절차를 통해 빔의 품질이 측정될 수 있고, 최적의 품질을 가지는 빔을 사용하여 통신이 수행될 수 있으므로 통신 성능이 향상될 수 있다. 또한, 빔 간섭 측정 절차를 통해 빔들 간의 간섭이 측정될 수 있고, 측정된 결과에 기초하여 간섭이 제어될 수 있으므로 통신 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 빔포밍 기반의 전송 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4는 안테나 모듈의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5a는 서비스 영역에서 수평 섹터의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5b는 서비스 영역에서 수직 섹터의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5c는 서비스 영역에서 섹터 구성의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6은 서비스 영역에서 섹터 구성의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 서비스 영역에서 섹터 구성의 제3 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8은 서비스 영역에서 섹터 구성의 제4 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9는 빔포머 내의 패널의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10은 패널 내에 배치된 2D URA 안테나의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 11은 빔포밍에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 12는 빔포밍 운용 상태 천이도의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 13a는 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역에서 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 13b는 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역에서 빔 패턴의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 14a는 도 13a에 도시된 실시예에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 14b는 도 13b에 도시된 실시예에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 15는 하이브리드 빔포밍이 수행되는 경우에 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 16은 하이브리드 빔포밍이 수행되는 경우에 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 17a는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 17b는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 17c는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제3 실시예를 도시한 개념도이다.
도 17d는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제4 실시예를 도시한 개념도이다.
도 18a는 중계기를 통한 빔 전송 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 18b는 중계기를 통한 빔 전송 방법의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 19는 가상 빔 결합 방식이 적용된 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 20은 가상 빔 결합 방식을 통해 결합된 빔의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 21은 패널 가상화가 적용된 실시예에서 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 22는 빔 결합 방식에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 23은 빔 검색 방식에 따른 검색 지연을 도시한 그래프이다.
도 24는 빔 측정 절차의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 25는 빔 측정 절차의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 26a는 빔 측정 신호의 전송 방식의 제1 실시예를 도시한 타이밍도이다.
도 26b는 빔 측정 신호의 전송 방식의 제2 실시예를 도시한 타이밍도이다.
도 27는 MRU 내에서 빔 측정 신호의 설정을 도시한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 통신 시스템은 4G 통신 시스템(예를 들어, LTE(long-term evolution) 통신 시스템, LTE-A 통신 시스템), 5G 통신 시스템(예를 들어, NR(new radio) 통신 시스템) 등일 수 있다. 4G 통신 시스템은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있고, 5G 통신 시스템은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity))를 더 포함할 수 있다.
복수의 통신 노드들(110 내지 130)은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 통신 프로토콜(예를 들어, LTE 통신 프로토콜, LTE-A 통신 프로토콜, NR 통신 프로토콜 등)을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들(110 내지 130)은 CDMA(code division multiple access) 기술, WCDMA(wideband CDMA) 기술, TDMA(time division multiple access) 기술, FDMA(frequency division multiple access) 기술, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기술, Filtered OFDM 기술, CP(cyclic prefix)-OFDM 기술, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기술, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기술, SC(single carrier)-FDMA 기술, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 기술, GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기술, FBMC(filter bank multi-carrier) 기술, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기술, SDMA(Space Division Multiple Access) 기술 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.
여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 NB(NodeB), eNB(evolved NodeB), gNB, ABS(advanced base station), HR-BS(high reliability-base station), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), RAS(radio access station), MMR-BS(mobile multihop relay-base station), RS(relay station), ARS(advanced relay station), HR-RS(high reliability-relay station), HNB(home NodeB), HeNB(home eNodeB), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point) 등으로 지칭될 수 있다.
복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), TE(terminal equipment), AMS(advanced mobile station), HR-MS(high reliability-mobile station), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device), OBU(on board unit) 등으로 지칭될 수 있다.
한편, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크(ideal backhaul link) 또는 논(non)-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.
또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, 캐리어 집성(carrier aggregation, CA) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)), IoT(Internet of Things) 통신, 이중 연결성(dual connectivity, DC) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다.
제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 셀 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D를 제어할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 제어에 의해 D2D를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에서 향상된 통신 서비스를 제공하는 장치는 eMBB(enhanced Mobile Broadband) 장치, LL(Low Latency enabled) 장치, CE(Coverage Enhanced) 장치, LC(Low complexity) 장치 등일 수 있다. eMBB 장치는 대용량 데이터의 송수신 기능을 지원할 수 있다. LL 장치는 전송 지연의 감소 기능을 지원할 수 있다. CE 장치는 전송 거리의 향상 기능을 지원할 수 있다. LC 장치는 복잡도의 개선 기능을 지원할 수 있다. 아래 설명되는 실시예들에서 향상된 통신 서비스를 제공하는 장치(예를 들어, eMBB 장치, LL 장치, CE 장치, LC 장치 등)는 "S-디바이스"로 지칭될 수 있다.
S-디바이스는 전송 기능을 지원하는 장치(예를 들어, 하향링크 통신 절차에서 기지국, 상향링크 통신 절차에서 단말 등), 수신 기능을 지원하는 장치(예를 들어, 하향링크 통신 절차에서 단말, 상향링크 통신 절차에서 기지국 등), 중계 기능을 지원하는 장치(예를 들어, 중계기(relay) 등) 등일 수 있다. 또한, S-디바이스는 이동성을 가지는 장치(예를 들어, 자동차, 기차, 비행기, 드론 등)에 위치할 수 있다.
아래 실시예들에서 사용되는 용어들의 의미는 아래와 같이 정의될 수 있다.
- AA: 어레이 안테나 패턴(array antenna pattern) (dB)
- AE: 복합(composite) 어레이 안테나 패턴 (dB)
- Am: 프론트-백 비율(front-to-back ratio)
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Figure 112018005119784-pat00001
: 방사 엘리먼트(radiation element)의 수평(horizontal) 패턴
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Figure 112018005119784-pat00002
: 방사 엘리먼트의 수직(vertical) 방사 패턴(예를 들어, 어레이 안테나와 수직인 점과 90도의 오프셋(offset by 90° to point to perpendicular to array)을 가지는 방사 엘리먼트의 수직 방사 패턴)
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Figure 112018005119784-pat00003
: RF(radio frequency) 체인(chain)에 의한 수평 커버 디그리(horizontal covered degree)
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Figure 112018005119784-pat00004
: RF 체인(chain)에 의한 수직 커버 디그리(vertical covered degree)
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Figure 112018005119784-pat00005
: 수평 방향에서 패널들(panels) 간의 거리
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Figure 112018005119784-pat00006
: 수직 방향에서 패널들 간의 거리
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Figure 112018005119784-pat00007
: 섹터(sector)의 수평 커버 디그리
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Figure 112018005119784-pat00008
: 섹터의 수직 커버 디그리
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Figure 112018005119784-pat00009
: 수평 방향에서 송신기(transmitter)의 안테나 엘리먼트들 간의 거리
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Figure 112018005119784-pat00010
: 수직 방향에서 송신기의 안테나 엘리먼트들 간의 거리
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Figure 112018005119784-pat00011
: m번째 열(column)과 n번째 행(row)에서 방사 엘리먼트의 복소 이득(complex gain)(예를 들어, 어레이 안테나 배치에 따른 위상 시프트(shift)를 가지는 복소 이득)
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Figure 112018005119784-pat00012
: 방사 엘리먼트의 최대 방향성 이득(dB), 예를 들어, 최대 방향성 이득은 8dBi일 수 있음.
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Figure 112018005119784-pat00013
: 방위각(azimuth angle)(예를 들어, 수평축)에서 수평 섹터들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00014
: 천정각(zenith angle)(예를 들어, 수직축)에서 수직 섹터들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00015
: 하나의 송신기에 의해 제공되는(served) 섹터들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00016
: 빔포머(beamformer) 내의 패널들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00017
: 빔포머 내의 수평 방향(행)에서 패널들의 개수 (>0)
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Figure 112018005119784-pat00018
: 빔포머 내의 수직 방향(열)에서 패널들의 개수 (>0)
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Figure 112018005119784-pat00019
: RF 체인에 의해 사용 가능한 빔들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00020
: 수평 방향에서 RF 체인에 의해 사용 가능한 빔들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00021
: 수직 방향에서 RF 체인에 의해 사용 가능한 빔들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00022
: 수신기(receiver)의 RF 체인(예를 들어, 하나의 패널 내의 RF 체인)에 의해 연결되는 안테나 엘리먼트들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00023
: 수신기의 하나의 패널 내의 수평 방향의 안테나 엘리먼트들의 개수 (>0)
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Figure 112018005119784-pat00024
: 수신기의 하나의 패널 내의 수직 방향의 안테나 엘리먼트들의 개수 (>0)
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Figure 112018005119784-pat00025
: 송신기의 RF 체인(예를 들어, 하나의 패널 내의 RF 체인)에 의해 연결되는 안테나 엘리먼트들의 개수
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Figure 112018005119784-pat00026
: 송신기의 하나의 패널 내의 수평 방향의 안테나 엘리먼트들의 개수 (>0)
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Figure 112018005119784-pat00027
: 송신기의 하나의 패널 내의 수직 방향의 안테나 엘리먼트들의 개수 (>0)
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Figure 112018005119784-pat00028
: 엘리먼트 패턴의 크기(magnitude)
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Figure 112018005119784-pat00029
: 사이드-로브(side-lobe) 레벨 제한
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Figure 112018005119784-pat00030
: 방위각(예를 들어, 방위각은 -180° 내지 180° 사이에서 정의됨)
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Figure 112018005119784-pat00031
: 한 방향의 고도각(elevation angle)(예를 들어, 고도각은 0° 내지 180° 사이에서 정의되고, 90°는 어레이 안테나에 수직인 것을 지시함)
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Figure 112018005119784-pat00032
: 송신기에서 안테나의 수직 3dB 빔폭(beamwidth)
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Figure 112018005119784-pat00033
: 송신기에서 안테나의 수평 3dB 빔폭
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Figure 112018005119784-pat00034
: 동작 캐리어 주파수에 대응하는 파장
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Figure 112018005119784-pat00035
: 신호 상관 계수(signal correlation coefficient)
■ 향상된 통신 서비스의 제공 방법
사용자의 요구에 따라 향상된 통신 서비스(예를 들어, 대용량 데이터의 전송을 지원하는 통신 서비스, 높은 데이터 전송률을 지원하는 통신 서비스 등)를 제공하기 위해 아래 방법들 중에서 적어도 하나의 방법이 사용될 수 있다.
- 방법 1: 전송률 향상
- 방법 2: 스펙트럼 효율 향상
- 방법 3: 서비스 요구에 맞는 시스템 대역폭 제공
- 방법 4: 서비스 요구에 맞는 연결 제공
- 방법 5: 신뢰성 향상을 위한 재전송, 향상된 전송 절차를 통한 재전송 회피
- 방법 6: 넓은 커버리지 제공
- 방법 7: 동작 주파수 특징을 고려한 전송
전송률 향상
향상된 신호 처리를 통하여 전송률이 향상될 수 있다. 스펙트럼 사용에 따른 주파수 운용 규제가 있는 경우, 주파수 운용 규제를 만족하는 범위 내에서 통신 서비스가 제공될 수 있다. 예를 들어, 높은 MCS(modulation and coding scheme) 레벨(예를 들어, 1024 QAM(quadrature amplitude modulation))에 기초한 전송이 수행되는 경우, 전송 용량이 증대될 수 있다. 다만, 무선 신호는 자유 공간의 손실, 환경(예를 들어, 강우, 대기 등)에 따른 손실 등을 겪을 수 있다. 특히, 6GHz 이상의 주파수 대역(이하, "mmWave 대역"이라 함)에서 환경(예를 들어, 강우, 대기 등)에 따른 손실에 대한 고려가 필요할 수 있다.
따라서 mmWave 대역에서 높은 MCS 레벨을 사용하기 위해, 환경(예를 들어, 강우, 대기 등)에 따라 MCS 레벨은 적응적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 특정 시간(예를 들어, 기간)을 기준으로 강우 가능성(예, 99.5%, 99.9%, 99.95%, 99.99%, 99.995%, 99.999% 등)에 따라 링크 적응(adaptation)의 수행 여부, MCS 레벨(예를 들어, 사용 가능한 최대 MCS 레벨) 등이 설정될 수 있다.
캐리어 집성(aggregation) 방식과 유사하게 2개 이상의 무선 링크를 결합함으로써 통신 서비스가 제공될 수 있다. 예를 들어, 저주파 링크(예를 들어, 6GHz 이하의 마이크로파(microwave) 링크)와 고주파 링크(예를 들어, 6GHz 이상의 mmWave 링크)를 결합함으로써 통신 서비스가 제공될 수 있다. 이 경우, 저주파 링크 및 고주파 링크 각각의 채널 특성을 고려하여 무선 링크들이 결합될 수 있다. 또한, 하나의 무선 링크(예를 들어, 고주파 링크)의 품질이 나빠지는 경우, 다른 무선 링크(예를 들어, 저주파 링크)를 사용하여 통신 서비스가 제공될 수 있다. 예를 들어, 결합된 무선 링크들 중에서 환경의 변화에 강건한 무선 링크가 사용될 수 있고, 신호의 전송 거리에 기초하여 선택된 무선 링크(예를 들어, 장거리 전송의 경우에 저주파 링크)가 사용될 수 있다.
스펙트럼 효율 향상
스펙트럼 효율은 다중화(multiplexing)를 통해 향상될 수 있다. 복수의 레이어들(layers)/링크들을 통해 다중화가 수행될 수 있다. 예를 들어, 다중 안테나들 또는 다중 전송점(transmission point)을 통해 다중화가 수행될 수 있다. 다중화를 위해 복수의 레이어들/링크들을 형성하기 위한 다중 안테나들의 적절한 배치(예를 들어, 안테나들 간의 간격)가 요구될 수 있다. 또한, 다중화를 위해 전송점들 간의 제어/협력이 요구될 수 있다. 또는, 복수의 경로들 간의 차이에 따른 수신 신호의 적절한 결합을 통해 수신 신호 품질이 향상될 수 있다.
적합한 시스템 대역 제공
대용량 데이터의 전송을 위해 넓은 시스템 대역폭이 필요할 수 있다. 넓은 시스템 대역폭은 복수의 무선 링크들을 결합하는 방식을 통해 제공될 수 있다. 비면허/공용 주파수 대역에서 넓은 시스템 대역폭을 통해 대용량 데이터가 전송될 수 있다. 다만, 최대 시스템 대역폭은 통신 노드(예를 들어, 기지국, 단말, S-디바이스)의 하드웨어 한계 등으로 인해 1~2GHz 이하로 제한될 수 있다. 통신 시스템들 간의 공존 또는 통신 노드들 간의 공존을 위해, 시스템 대역폭은 분할될 수 있다.
많은 연결 제공
통신 시스템에서 P2P(point-to-point) 통신, P2MP(point-to-multipoint) 통신 등이 지원될 수 있으며, 이 경우에 한정된 무선 자원을 통해 많은 연결이 지원될 수 있다.
신뢰성 향상
무선 채널의 특성에 의해 데이터가 성공적으로 전송되지 못할 수 있으며, 이러한 문제를 해소하기 위해 강건하고 신뢰성 있는 전송 절차, 데이터의 전송 에러의 정정 절차, 데이터의 재전송 절차 등이 수행될 수 있다. 송신기는 데이터를 수신기에 전송할 수 있고, 수신기는 송신기로부터 획득된 데이터에 대한 응답(예를 들어, ACK(acknowledgement), NACK(negative ACK))을 송신기에 전송할 수 있고, 송신기는 수신기로부터 수신된 응답에 기초하여 데이터의 재전송 절차의 수행 여부를 결정할 수 있다. 또는, 신뢰성 향상을 위해, 송신기는 응답(예를 들어, ACK, NACK) 없이 동일 데이터를 재전송할 수 있다. 데이터가 복수의 링크들 또는 복수의 전송점들을 통해 전송됨으로써 신뢰성이 향상될 수 있다.
커버리지 확장
넓은 커버리지를 제공하기 위해, 송신기는 높은 송신 전력을 사용하여 신호를 전송할 수 있다. 전송 거리가 증가함에 따라 수신 신호 세기는 감소할 수 있고, 수신기는 낮은 수신 신호 세기를 가지는 신호를 처리함으로써 넓은 커버리지를 제공할 수 있다. 중계기에 의한 멀티홉 전송을 통해 커버리지가 확장될 수 있다. 높은 송신 전력을 사용하여 신호를 특정 방향으로 전송함으로써 커버리지가 확장될 수 있다. 이 경우, 방향성 안테나(예를 들어, 지향성 안테나)가 사용될 수 있고, 신호가 특정 방향으로 전송되도록 복수의 안테나들이 배치될 수 있다. 추가로, 간섭 제거 기술이 적용됨으로써 통신 성능이 향상될 수 있다.
■ 다중 안테나들에 기초한 통신 방법
다음으로, 다중 안테나들에 기초한 스펙트럼 효율의 향상 방법, 커버리지의 확장 방법 등이 설명될 것이다.
빔포밍 ( beamforming )
빔포밍은 방향성 안테나, 안테나 배치, 빔 방사 등을 통해 수행될 수 있다. 빔포밍을 통해 특정 방향에 대한 커버리지는 확장될 수 있다. 다만, 이동성을 가지는 수신기를 위해 빔포밍은 전방향으로 수행될 수 있다. 또한, 수신기의 위치가 정확하게 예측되지 못한 경우에 빔포밍에 따른 통신 성능이 저하될 수 있으므로, 이러한 문제를 해결하기 위해 빔포밍은 전방향으로 수행될 수 있다.
도 3은 빔포밍 기반의 전송 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 통신 노드(예를 들어, 기지국, 단말, S-디바이스 등)는 섹터들 각각에서 독립적으로 빔포밍을 수행할 수 있다. 통신 노드가 하나의 안테나를 포함하는 경우, 통신 노드는 하나의 안테나를 사용하여 섹터들(예를 들어, 섹터 #0 내지 섹터 #7) 각각에서 빔포밍을 수행할 수 있다. 또는, 통신 노드가 복수의 안테나들을 포함하는 경우, 통신 노드는 복수의 안테나들을 사용하여 복수의 섹터들(예를 들어, 섹터 #0 내지 섹터 #7)에서 동시에 빔포밍을 수행할 수 있다.
도 4는 안테나 모듈의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 섹터들(예를 들어, 도 3에 도시된 섹터 #0 내지 섹터 #7) 각각에서 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나 모듈(400)은 복수의 빔포머들(예를 들어, 18개의 빔포머들(410-1 내지 410-18))을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(400)의 하나의 면에 하나의 빔포머가 배치될 수 있다. 예를 들어, 빔포머 #1(410-1)과 수평축(예를 들어, xy 평면과 수평인 축)에 위치한 면들에 빔포머 #2 내지 #6(410-2 내지 410-6)이 배치될 수 있고, 수직축(예를 들어, xy 평면과 수직인 축)을 기준으로 빔포머 #1(410-1)이 배치된 면보다 위쪽 면들에 빔포머 #7 내지 #12(410-7 내지 410-12)가 배치될 수 있고, 수직축(예를 들어, xy 평면과 수직인 축)을 기준으로 빔포머 #1(410-1)이 배치된 면보다 아래쪽 면들에 빔포머 #13 내지 #18(410-13 내지 410-18)이 배치될 수 있다. 하나의 빔포머는 적어도 하나의 빔을 형성할 수 있고, 하나의 섹터와 매핑될 수 있다. 예를 들어, 하나의 빔포머는 하나의 섹터에서 통신 서비스를 제공할 수 있다.
빔포머들(410-1 내지 410-18) 각각은 적어도 하나의 패널(예를 들어, 안테나 패널)을 포함할 수 있고, 하나의 패널은 적어도 하나의 어레이 안테나를 포함할 수 있고, 어레이 안테나는 적어도 하나의 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 패널, 어레이 안테나 및 안테나 엘리먼트의 배치는 안테나 모듈(400)에 속한 모든 빔포머들(410-1 내지 410-18)에서 동일할 수 있다. 또는, 패널, 어레이 안테나 및 안테나 엘리먼트의 배치는 빔포머들(410-1 내지 410-18) 각각에서 독립적일 수 있다. 예를 들어, 빔포머 #1(410-1)은 4개의 패널들(410-1-1 내지 410-1-4)을 포함할 수 있고, 패널 #1-1(410-1-1)은 2개의 어레이 안테나들(410-1-1-1 및 410-1-1-2)을 포함할 수 있고, 어레이 안테나#1-1-1(410-1-1-1)은 24개의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
한편, 수평축에 배치된 빔포머는 "수평 빔포머"로 지칭될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 모듈 내에 Nh개의 수평 빔포머들이 배치될 수 있다. Nh개의 수평 빔포머들은 동일 또는 유사한 높이에 위치한 통신 노드(예를 들어, 기지국, 단말, S-디바이스 등)와의 통신을 위해 사용될 수 있다. 수직축에 배치된 빔포머는 "수직 빔포머"로 지칭될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 모듈 내에 Nv개의 수직 빔포머들이 배치될 수 있다. Nv개의 수직 빔포머들은 서로 다른 높이에 위치한 통신 노드(예를 들어, 기지국, 단말, S-디바이스 등)와의 통신을 위해 사용될 수 있다. Nh 및 Nv 각각은 1 이상의 정수일 수 있다.
안테나 모듈이 통신 서비스를 제공하는 영역(이하, "서비스 영역"이라 함)이 구인 경우, 수평축에서 하나의 수평 빔포머가 통신 서비스를 제공하는 수평 섹터의 각도는 "2π/Nh"일 수 있고, 수직축에서 하나의 수직 빔포머가 통신 서비스를 제공하는 수직 섹터의 각도는 "π/Nv"일 수 있다. 예를 들어, 기준점이 0°인 경우, 수평 섹터의 좌표(예를 들어, 각도)는 아래 수학식 1에 기초하여 정의될 수 있고, 수직 섹터의 좌표(예를 들어, 각도)는 아래 수학식 2에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00036
Figure 112018005119784-pat00037
도 5a는 서비스 영역에서 수평 섹터의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 5b는 서비스 영역에서 수직 섹터의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 5c는 서비스 영역에서 섹터 구성의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 서비스 영역에서 3개의 수평 섹터들이 존재할 수 있고, 서비스 영역에서 3개의 수직 섹터들이 존재할 수 있다. 3개의 수평 섹터들과 3개의 수직 섹터들의 조합에 의하면, 서비스 영역에서 9개의 섹터들이 존재할 수 있다.
한편, 복수의 빔포머들이 하나의 섹터에서 통신 서비스를 제공할 수 있다. 또는, 하나의 빔포머는 복수의 섹터들에서 통신 서비스를 제공할 수 있다. 하나의 섹터 내에서 빔이 구별되는 경우, 단말의 이동에 의해 빔 변경이 필요하면 섹터의 변경 없이 해당 빔은 변경될 수 있다.
도 6은 서비스 영역에서 섹터 구성의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 서비스 영역은 기지국(600)의 전송 거리에 따라 따라 내부 섹터 및 외부 섹터가 설정될 수 있다. 내부 섹터 및 외부 섹터 각각을 위해 별도의 빔포머가 운용될 수 있다.
도 7은 서비스 영역에서 섹터 구성의 제3 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 서비스 영역은 수신기(예를 들어, 단말)의 높이에 따라 하부 섹터, 중부 섹터 및 상부 섹터로 나누어질 수 있다. 기지국(700)은 하부 섹터, 중부 섹터 및 상부 섹터 각각에서 통신 서비스를 제공할 수 있다.
도 8은 서비스 영역에서 섹터 구성의 제4 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 송신기의 안테나 모듈에 속한 복수의 빔포머들(예를 들어, 빔포머 #1 및 #2)이 하나의 섹터에 통신 서비스를 제공하는 경우, 하나의 섹터 내에서 복수의 빔포머들(예를 들어, 빔포머 #1 및 #2)에 의해 생성되는 빔들(예를 들어, 빔 #11 내지 #14, 빔 #21 내지 #24) 각각을 유일하게 구별하기 위한 빔 ID(identification)가 설정될 수 있다.
또는, 하나의 빔포머(예를 들어, 하나의 빔포머에 의해 지원되는 서브-섹터에서 빔들 각각을 유일하게 구별하기 위한 빔 ID가 설정될 수 있다. 예를 들어, 서브-섹터 #1 내에서 빔 #11 내지 #14 각각을 유일하게 구별하기 위한 빔 ID가 설정될 수 있고, 서브-섹터 #2 내에서 빔 #21 내지 #24 각각을 유일하게 구별하기 위한 빔 ID가 설정될 수 있다. 이 경우, 빔포머들(예를 들어, 빔포머 #1 및 #2) 간의 빔들은 빔포머에 의해 지원되는 서브-섹터에 따라 구별될 수 있다.
도 9는 빔포머 내의 패널의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9를 참조하면, 빔포머는 복수의 패널들을 포함할 수 있고, 복수의 패널들은 독립적으로 배치될 수 있다. 복수의 패널들 각각은 독립적인 빔을 생성할 수 있고, 서로 다른 서비스 영역에서 통신 서비스를 제공할 수 있다. 복수의 패널별 서비스 영역은 다음과 같이 운용될 수 있다. 여기서, "서비스 영역"은 "섹터"를 지시할 수 있고, "서브-서비스 영역"은 "서브-섹터"를 지시할 수 있다.
- 운용 방식 1: 하나의 빔포머에 의해 서빙되는(served) 서비스 영역은 하나의 빔포머에 속한 패널들 각각에 의해 독립적으로 서빙되는 서브-서비스 영역들로 구분됨.
- 운용 방식 2: 하나의 빔포머에 속한 패널들에 의해 서빙되는 하나의 서비스 영역이 설정됨.
빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역이 도 5a 내지 도 5c에 도시된 서비스 영역(예를 들어, 2π/Nh, π/Nv)으로 설정되는 경우, 해당 서비스 영역은 패널에 의해 서빙되는 서비스 영역(예를 들어, "하나의 빔포머의 서비스 영역 = 하나의 패널의 서비스 영역") 또는 패널들 각각에 의해 서빙되는 서비스 영역(예를 들어, "하나의 빔포머의 서비스 영역/하나의 패널의 서비스 영역")으로 설정/운용될 수 있다.
한편, 패널 내의 안테나 엘리먼트들은 공간적으로 독립적으로 배치될 수 있으며, 하나의 패널 내에 배치된 안테나 엘리먼트들에 의해 빔이 생성될 수 있다. 패널들 간의 간격(dg,H, dg,V)을 조정함으로써 패널들 각각의 빔이 독립적으로 생성될 수 있다. 또는, 패널들 간의 간격(dg,H, dg,V)을 조정함으로써 패널들 간의 결합된 빔(combined beam)을 통해 통신 서비스가 제공될 수 있다. 이 경우, 패널들에서 안테나 엘리먼트들의 배치는 동일할 수 있다.
하나의 빔포머의 수평축에서
Figure 112018005119784-pat00038
개의 패널들이 배치될 수 있고, 하나의 빔포머의 수직축에서
Figure 112018005119784-pat00039
개의 패널들이 배치될 수 있다. 즉, 하나의 빔포머는
Figure 112018005119784-pat00040
개의 패널들을 포함할 수 있다. 하나의 패널은 적어도 하나의 RF 체인과 연결될 수 있다. 이 경우, RF는 패널을 지칭할 수 있다. 하나의 패널의 수평축에서
Figure 112018005119784-pat00041
개의 안테나 엘리먼트들이 배치될 수 있고, 하나의 패널의 수직축에서
Figure 112018005119784-pat00042
개의 안테나 엘리먼트들이 배치될 수 있다. 즉, 하나의 패널은
Figure 112018005119784-pat00043
개의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 인접한 패널들 간의 수평축 간격은 dg,H일 수 있고, 인접한 패널들 간의 수직축 간격은 dg,V일 수 있다. 인접한 안테나 엘리먼트들 간의 수평축 간격은
Figure 112018005119784-pat00044
일 수 있고, 인접한 안테나 엘리먼트들 간의 수직축 간격은
Figure 112018005119784-pat00045
일 수 있다. 전송률 향상을 위해 패널은 편파(polarisation)될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00046
max는 패널들 각각의 최대 수직 틸팅(tilting) 각도(예를 들어, 다운틸팅 각도, 업틸팅 각도)를 지시할 수 있다. 예를 들어,
Figure 112018005119784-pat00047
max는 102°일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00048
max는 패널들 각각의 최대 수평 틸팅 각도를 지시할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에서 빔폭은 메인 로브(main lobe) 대비 1/2의 세기를 가지는 "HPBW(half-power beamwidth)"일 수 있다. 안테나 모듈은 아래 표 1에 기초하여 방사 패턴을 생성할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00049
도 10은 패널 내에 배치된 2D URA(uniform rectangular array) 안테나의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 2D URA 안테나의 수평축(예를 들어, xy 평면과 수평인 축)에서
Figure 112018005119784-pat00050
개의 안테나 엘리먼트들이 배치될 수 있고, 2D URA 안테나의 수직축(예를 들어, xy 평면과 수직인 축)에서
Figure 112018005119784-pat00051
개의 안테나 엘리먼트들이 배치될 수 있다. 인접한 안테나 엘리먼트들 간의 수평 간격은 dH일 수 있고, 인접한 안테나 엘리먼트들 간의 수직 간격은 dV일 수 있다.
안테나 엘리먼트의 배치에 따라 어레이 팩터(array factor)(
Figure 112018005119784-pat00052
)가 적용될 수 있다. 2D URA 안테나에서 안테나 엘리먼트의 배치에 따라 아래 수학식 3에 따른 위상 변위가 ABF(analog beamforming)에 적용될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00053
수평축에서 안테나 모듈(예를 들어, 안테나 모듈에 속한 패널, 어레이 안테나, 안테나 엘리먼트)은 지향점(boresight)을 기준으로 최대
Figure 112018005119784-pat00054
(예를 들어, 0 <
Figure 112018005119784-pat00055
)로 스티어링될 수 있고, 수직축에서 안테나 모듈(예를 들어, 안테나 모듈에 속한 패널, 어레이 안테나, 안테나 엘리먼트)은 지향점을 기준으로 수직축으로 최대
Figure 112018005119784-pat00056
(예를 들어,
Figure 112018005119784-pat00057
≤ π/2}로 스티어링될 수 있다.
한편, 전기적 틸팅이 적용되는 경우, 기저대역(baseband) 신호는 아래 수학식 4에 기초하여 처리될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00058
한편, 빔포밍에 따른 안테나 이득 및 빔폭은 다음과 같을 수 있다.
도 11은 빔포밍에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면, "1×1", "2×2", "4×4", "8×8", "16×16" 및 "32×32" 각각은 빔포밍을 수행하는 안테나 엘리먼트들의 개수를 지시할 수 있다. 전송률 향상을 위해 복수의 안테나 엘리먼트들의 정렬(alignment)을 통해 빔포밍이 수행될 수 있다. 빔포밍을 위해 사용되는 안테나 엘리먼트들의 개수가 많을수록 안테나 이득은 증가할 수 있고, 빔폭은 감소할 수 있다. 따라서 빔포밍을 위한 빔 패턴이 필요할 수 있고, 신속한 디바이스/빔 탐색(device/beam discovery), 효율적인 안테나 정렬 및 데이터 송수신 절차를 위해 빔 트래킹(tracking) 절차가 필요할 수 있다.
한편, 빔포밍에 따른 데이터 송수신 절차는 아래 빔포밍 운용 상태 천이도에 기초하여 수행될 수 있다.
도 12는 빔포밍 운용 상태 천이도의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 12를 참조하면, 빔 스위핑(beam sweeping) 상태에서 빔(예를 들어, 패널)의 검색을 통해 빔이 획득될 수 있다. 예를 들어, 초기 접속 절차, 핸드오버(handover, HO) 절차, RLF(radio link failure) 복구 절차 등에서 빔의 검색을 통해 빔이 획득될 수 있다. 빔 트래킹 상태에서 링크를 유지(예를 들어, 데이터 송수신 절차의 유지)하기 위한 빔 개선(beam refinement) 절차가 수행될 수 있다.
빔포밍에 기초한 데이터 송수신 절차를 위해, 수신기는 빔 측정 절차, 빔 식별 절차(예를 들어, 빔 검색 절차), 프리코더(precoder) 선택 절차, 링크 적응 절차, HARQ(hybrid automatic repeat request) 재전송을 위한 채널 측정 절차, 간섭 측정 절차 등을 수행할 수 있다. 빔포밍에 기초한 데이터 송수신 절차를 위해, 송신기는 수신기로부터 획득된 측정 결과에 기초하여 빔의 선택/재선택/변경/할당/해지 동작들을 수행할 수 있다. 송신기에서 수행되는 동작들은 빔 스위핑 상태 또는 빔 트래킹 상태에서 수행될 수 있다.
한편, 하이브리드 빔포밍이 적용된 통신 시스템에서 안테나 모델링(modeling)과 배치에 따라 아래 수학식 5 내지 수학식 8에 기초하여 시스템 모델이 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00059
Figure 112018005119784-pat00060
수학식 6에서 R은 어레이 상관 매트릭스(array correlation matrix)일 수 있고, R은 아래 수학식 7에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00061
수학식 7에서
Figure 112018005119784-pat00062
는 i번째 열과 j번째 행에서 신호들 간의 상관일 수 있고, 공간적으로 상관되는 안테나 엘리먼트들 간의 패스트 페이딩(fast fading)으로 추정될 수 있다. 또한, 수학식 7은 아래 수학식 8과 같이 간소화될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00063
하이브리드 빔포밍이 수행되는 경우, 빔은 아날로그 단 및 디지털 단에서 생성될 수 있다. 빔 패턴은 아날로그 단 및 디지털 단 중 적어도 하나의 빔 패턴의 조합에 기초하여 설정될 수 있다. 여기서, 아날로그 단은 통신 노드(예를 들어, 기지국, 단말, S-디바이스 등)의 구성 요소들 중에서 ADC(analog-to-digital converter) 이전에 위치한 구성 요소일 수 있고, 아날로그 단의 빔은 아날로그 신호일 수 있다. 디지털 단은 통신 노드의 구성 요소들 중에서 ADC 이후에 위치한 구성 요소일 수 있고, 디지털 단의 빔은 디지털 신호일 수 있다.
■ 아날로그 빔 패턴
안테나 모듈에 포함된 하나의 빔포머는 하나의 섹터와 대응할 수 있고, 빔포머는 빔포밍을 수행하는 복수의 패널(예를 들어, 어레이 안테나, 안테나 엘리먼트)들을 포함할 수 있다.
도 13a는 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역에서 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 13b는 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역에서 빔 패턴의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, Asector는 빔포머 또는 해당 빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역을 지시할 수 있고, ARF는 빔포머 내의 패널 또는 해당 패널에 의해 서빙되는 서비스 영역을 지시할 수 있다. Asector는 아래 수학식 9에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00064
수학식 9에서,
Figure 112018005119784-pat00065
는 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 수평 영역일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00066
는 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 수직 영역일 수 있다. ARF는 아래 수학식 10에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00067
수학식 10에서,
Figure 112018005119784-pat00068
는 하나의 패널에 의해 서빙되는 수평 영역일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00069
는 하나의 패널에 의해 서빙되는 수직 영역일 수 있다. Abeam은 아래 수학식 11에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00070
Figure 112018005119784-pat00071
는 수평축으로 배치된 안테나 엘리먼트들에 의해 생성되는 HPBW일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00072
는 수직축으로 배치된 안테나 엘리먼트들에 의해 생성되는 HPBW일 수 있다.
만일, 아래 수학식 12가 만족되는 경우, Asector는 아래 수학식 13에 기초하여 정의될 수 있고, ARF는 아래 수학식 14에 기초하여 정의될 수 있고, Abeam은 아래 수학식 15에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00073
Figure 112018005119784-pat00074
Figure 112018005119784-pat00075
Figure 112018005119784-pat00076
빔 패턴을 위해 빔들의 개수(
Figure 112018005119784-pat00077
,
Figure 112018005119784-pat00078
)는 아래 수학식 16에 기초하여 결정될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00079
Figure 112018005119784-pat00080
는 수평축에서 빔들의 개수일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00081
는 수직축에서 빔들의 개수일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00082
는 안테나 엘리먼트(또는, 패널, 어레이 안테나)의 최대 스티어링 수평축 각도일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00083
는 안테나 엘리먼트(또는, 패널, 어레이 안테나)의 최대 스티어링 수직축 각도일 수 있다. 패널의 지향점은 "
Figure 112018005119784-pat00084
/2,
Figure 112018005119784-pat00085
/2"에 대응하는 좌표로 설정될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00086
은 아래 수학식 17에 기초하여 정의될 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00087
은 아래 수학식 18에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00088
Figure 112018005119784-pat00089
만일, 아래 수학식 19가 만족되는 경우,
Figure 112018005119784-pat00090
는 아래 수학식 20에 기초하여 정의될 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00091
는 아래 수학식 21에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00092
Figure 112018005119784-pat00093
Figure 112018005119784-pat00094
또한,
Figure 112018005119784-pat00095
는 아래 수학식 22에 기초하여 정의될 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00096
는 아래 수학식 23에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00097
Figure 112018005119784-pat00098
Figure 112018005119784-pat00099
는 수평축에서 섹터들의 개수일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00100
는 수직축에서 섹터들의 개수일 수 있다. "
Figure 112018005119784-pat00101
×
Figure 112018005119784-pat00102
"개의 섹터들이 존재할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00103
는 수평축에서 패널들의 개수일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00104
는 수직축에서 패널들의 개수일 수 있다. 하나의 빔포머 내에 "
Figure 112018005119784-pat00105
×
Figure 112018005119784-pat00106
"개의 패널들이 존재할 수 있다. 여기서,
Figure 112018005119784-pat00107
,
Figure 112018005119784-pat00108
,
Figure 112018005119784-pat00109
및
Figure 112018005119784-pat00110
각각은 1 이상의 정수일 수 있다. 또한, 아래 수학식 24가 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00111
빔 패턴과 빔 개수에 따라 서비스 영역 내에서 동일한 간격으로 배치된 (jh, jv) 패널의 (ih, iv) 빔의 지향점 좌표(예를 들어, 스티어링 각도)는 아래 수학식 25에 기초하여 정의될 수 있다. 수학식 25에서, "Alt1"은 도 13a에 도시된 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역에서 빔 패턴의 제1 실시예일 수 있고, "Alt2"는 도 13b에 도시된 하나의 빔포머에 의해 서빙되는 서비스 영역에서 빔 패턴의 제2 실시예일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00112
한편, 도 13a에서 섹터가 60°× 60°으로 설정되는 경우, 빔 패턴 및 지향점은 아래 표 2에 기초하여 정의될 수 있다. 표 2에서 "1 RF"는 하나의 패널을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00113
도 13a에서 섹터가 90°× 90°으로 설정되는 경우, 빔 패턴 및 지향점은 아래 표 3에 기초하여 정의될 수 있다. 표 3에서 "1 RF"는 하나의 패널을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00114
한편, 도 13b에서 섹터가 60°× 60°으로 설정되는 경우, 빔 패턴 및 지향점은 아래 표 4에 기초하여 정의될 수 있다. 표 4에서 "1 RF"는 하나의 패널을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00115
도 13b에서 섹터가 90°× 90°으로 설정되는 경우, 빔 패턴 및 지향점은 아래 표 5에 기초하여 정의될 수 있다. 표 5에서 "1 RF"는 하나의 패널을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00116
한편, 도 13a 및 도 13b에 도시된 실시예들에서 안테나 이득 및 빔폭은 아래와 같을 수 있다.
도 14a는 도 13a에 도시된 실시예에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이고, 도 14b는 도 13b에 도시된 실시예에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, "2×2", "4×4", "8×8" 및 "16×16" 각각은 안테나 엘리먼트들의 개수를 지시할 수 있고, RF는 패널을 지시할 수 있다. 도 14a에서 하나의 빔포머에 의해 섹터 전체에서 통신 서비스가 제공될 수 있다. 도 14b에서 하나의 패널에 의해 섹터(예를 들어, 섹터 내의 일부 영역)에서 통신 서비스가 제공될 수 있다. 이 경우, 하나의 빔포머에 속한 패널들 각각에 대응하는 섹터 내의 영역들(예를 들어, 서브-섹터들)이 설정될 수 있고, 각 패널은 해당 서브-섹터에서 통신 서비스를 제공할 수 있다. 도 14a의 실시예에 따르면 통신 서비스가 제공되지 않는 커버리지 홀(hole)이 발생될 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 빔 패턴이 추가로 생성될 수 있다. 또는, 커버리지 홀을 해결하기 위해 디지털 단에서 빔이 생성될 수 있다.
■ 아날로그 빔 코드북
Figure 112018005119784-pat00117
는 양자화된 빔 스티어링 각도에 따른 {
Figure 112018005119784-pat00118
,
Figure 112018005119784-pat00119
}에 매핑되는 빔포밍 벡터일 수 있고, 송신기와 수신기에서 공유되는 아날로그 빔을 지시할 수 있다. 아날로그 빔 코드북(
Figure 112018005119784-pat00120
)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00121
Figure 112018005119784-pat00122
는 수학식 27 또는 수학식 28에 기초하여 빔 패턴(예를 들어, 빔폭, 지향점)의 서비스 영역의 각도에 따라 양자화될 수 있다. 수학식 27 및 수학식 28에서,
Figure 112018005119784-pat00123
max 및
Figure 112018005119784-pat00124
max 각각은
Figure 112018005119784-pat00125
및
Figure 112018005119784-pat00126
에 대응할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00127
Figure 112018005119784-pat00128
■ 디지털 빔 패턴
아날로그 단에서 위상 시프트(shift)를 통해 생성되는 빔은 빔폭, 서비스 영역 등에 기초하여 운용될 수 있다. 다만, 아날로그 빔들 간에 커버리지 홀이 발생하는 경우, 세밀한 빔포밍이 필요할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 디지털 빔포밍(예를 들어, DBF(digital beamforming), BBP(baseband precoding))이 적용될 수 있다.
도 15는 하이브리드 빔포밍이 수행되는 경우에 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 15를 참조하면, 지향점 {
Figure 112018005119784-pat00129
1,
Figure 112018005119784-pat00130
2,
Figure 112018005119784-pat00131
3,
Figure 112018005119784-pat00132
4}을 가지는 4개의 빔들에 대한 빔 패턴에 전기적 틸팅(예를 들어,
Figure 112018005119784-pat00133
e)이 적용된 4개의 빔들에 대한 빔 패턴이 추가될 수 있다. 이 경우, 지향점 {
Figure 112018005119784-pat00134
1,
Figure 112018005119784-pat00135
1+
Figure 112018005119784-pat00136
e,
Figure 112018005119784-pat00137
2,
Figure 112018005119784-pat00138
2+
Figure 112018005119784-pat00139
e,
Figure 112018005119784-pat00140
3,
Figure 112018005119784-pat00141
3+
Figure 112018005119784-pat00142
e,
Figure 112018005119784-pat00143
4,
Figure 112018005119784-pat00144
4+
Figure 112018005119784-pat00145
e}을 가지는 8개의 빔들에 대한 빔 패턴이 생성될 수 있다. 전기적 틸팅에 기초하여 생성된 빔 패턴(예를 들어, 디지털 빔 패턴)의 성능은 지향점 {
Figure 112018005119784-pat00146
1+
Figure 112018005119784-pat00147
e,
Figure 112018005119784-pat00148
1+0,
Figure 112018005119784-pat00149
2+
Figure 112018005119784-pat00150
e,
Figure 112018005119784-pat00151
2+0,
Figure 112018005119784-pat00152
3+
Figure 112018005119784-pat00153
e,
Figure 112018005119784-pat00154
3+0,
Figure 112018005119784-pat00155
4+
Figure 112018005119784-pat00156
e,
Figure 112018005119784-pat00157
4+0}을 가지는 아날로그 빔 패턴의 성능과 동일할 수 있다. 빔 패턴은 아래 수학식 29에 기초하여 생성될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00158
전기적 틸팅을 위한 어레이 팩터는 아래 수학식 30에 기초하여 설정될 수 있다. 여기서,
Figure 112018005119784-pat00159
i 및
Figure 112018005119784-pat00160
i는 빔의 지향점일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00161
하나의 빔포머 내의 패널들 간의 간격은 아래 수학식 31에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00162
도 16은 하이브리드 빔포밍이 수행되는 경우에 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 16을 참조하면, 디지털 단에서 4×4 고정 빔 패턴(예를 들어, 4×4 아날로그 빔 패턴)에 전기적 틸팅이 적용됨으로써 8×8 빔 패턴(예를 들어, "4×4 고정 빔 패턴" + "4×4 전기적 틸팅된 빔 패턴")이 생성될 수 있다. 도 16에 도시된 실시예의 빔 패턴 및 안테나 이득 각각은 도 14b에 도시된 실시예의 빔 패턴 및 안테나 이득과 동일할 수 있다.
■ 디지털 빔 코드북
Figure 112018005119784-pat00163
는 양자화된 빔 스티어링 각도에 따른 {
Figure 112018005119784-pat00164
,
Figure 112018005119784-pat00165
}에 매핑되는 빔포밍 벡터일 수 있고, 송신기와 수신기에서 공유되는 디지털 빔을 지시할 수 있다. 디지털 빔 코드북(
Figure 112018005119784-pat00166
)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00167
Figure 112018005119784-pat00168
는 수학식 33에 기초하여 빔 패턴(예를 들어, 빔폭, 지향점)의 서비스 영역의 각도에 따라 양자화될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00169
■ 패널 기반의 빔 결합
패널별로 독립적인 RF(예를 들어, 빔)가 생성될 수 있으며, 데이터 송수신 절차에서 패널의 최대 개수와 동일한 개수의 빔들이 사용될 수 있다.
도 17a는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 17b는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제2 실시예를 도시한 개념도이고, 도 17c는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제3 실시예를 도시한 개념도이고, 도 17d는 패널 기반의 빔 전송 방법의 제4 실시예를 도시한 개념도이다.
도 17a에서 기지국(170)은 복수의 패널들을 통해 서로 다른 빔들(예를 들어, 서로 다른 빔 인덱스를 가지는 빔들)을 전송함으로써 단말들(171-1, 171-2)에 통신 서비스를 제공할 수 있고, 빔들은 서로 다른 공간을 통해 전송될 수 있다. 단말들(171-1, 171-2)이 인접하게 위치하는 경우, 도 17b 내지 도 17d에서 기지국(170)은 동일한 공간을 통해 빔들을 전송함으로써 단말들(171-1, 171-2)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 여기서, 빔들의 시간-주파수 자원이 동일한 경우에 간섭이 발생할 수 있다.
도 17b에서 기지국(170)은 복수의 패널들을 통해 서로 다른 빔들(예를 들어, 서로 다른 빔 인덱스를 가지는 빔들)을 동일한 공간으로 전송함으로써 단말들(171-1, 171-2)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 도 17c에서 기지국(170)은 하나의 패널을 통해 서로 다른 빔들(예를 들어, 서로 다른 빔 인덱스를 가지는 빔들)을 동일한 공간으로 전송함으로써 단말들(171-1, 171-2)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 여기서, 2개의 빔들 각각의 송신 전력은 기지국(170)의 전체 송신 전력의 1/2일 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 도 17d에서 기지국(170)은 하나의 패널을 통해 하나의 빔을 동일한 공간으로 전송함으로써 단말들(171-1, 171-2)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 여기서, 2개 이상의 빔들이 결합될 수 있다. 또한, 가상 빔 결합 방식(예를 들어, 패널 가상화 방식)이 사용될 수 있다. 가상 빔 결합 방식이 사용되는 경우, 하나의 패널 대신에 복수의 패널들에 기초하여 하나의 가상 패널이 설정될 수 있고, 하나의 가상 패널을 통해 하나의 빔이 생성될 수 있다.
도 18a는 중계기를 통한 빔 전송 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 18b는 중계기를 통한 빔 전송 방법의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 18a에서 기지국들(180-1, 180-2)의 빔들 간에 간섭이 발생할 수 있으며, 이러한 경우에 릴레이(181)를 통해 단말(182)에 통신 서비스가 제공될 수 있다. 따라서 빔들 간의 간섭이 감소할 수 있다. 채널의 변경이 적은 경우 또는 데이터 전송량이 증가하는 경우, 빔 결합 방식에 기초하여 통신이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 18b에서 기지국(180)은 결합된 빔을 사용하여 통신 서비스를 제공할 수 있다.
도 19는 가상 빔 결합 방식이 적용된 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 20은 가상 빔 결합 방식을 통해 결합된 빔의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 복수의 패널들에 기초하여 하나의 가상 패널이 생성될 수 있고, 가상 패널에 의해 생성되는 빔의 지향점은 {
Figure 112018005119784-pat00170
c,
Figure 112018005119784-pat00171
c}일 수 있다. ABF/DBF에 기초하여 패널들 각각에 의해 생성된 빔의 지향점은 {
Figure 112018005119784-pat00172
,
Figure 112018005119784-pat00173
}일 수 있다.
ABF 단계에서, 패널들 각각의 안테나 배치 및 위상 시프트에 의해 아날로그 빔이 생성될 수 있고, DBF 단계에서 빔 결합을 수행하는 패널들에서 하나의 결합된 빔을 생성하도록 프리코딩이 수행될 수 있다. 패널들에서 빔 결합 방식은 아래와 같이 분류될 수 있다.
- 빔 결합 방식 1: 패널 가상화 없이 ABF 단계에서만 빔 결합
- 빔 결합 방식 2: ABF 단계에서만 패널 가상화를 통한 빔 결합
- 빔 결합 방식 3: 패널 가상화 없이 "ABF + DBF(예를 들어, 전기적 틸팅)" 단계에서 빔 결합
- 빔 결합 방식 4: "ABF + DBF" 단계에서 패널 가상화를 통한 빔 결합
- 빔 결합 방식 5: ABF 단계 또는 DBF 단계에서 패널 가상화를 통한 빔 결합
빔 결합에 따른 어레이 팩터는 아래 수학식 34에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00174
수학식 34에서 패널 가상화에 따른 어레이 팩터(
Figure 112018005119784-pat00175
)는 아래 수학식 35에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00176
수학식 34에서 ABF 단계에서 어레이 팩터(
Figure 112018005119784-pat00177
)는 아래 수학식 36에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00178
수학식 34에서,
Figure 112018005119784-pat00179
은 빔 결합을 위한 수평 패널 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00180
은 빔 결합을 위한 수직 패널 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00181
는 안테나 엘리먼트들의 개수일 수 있다. 패널들 간의 간격은 아래 수학식 37에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00182
"빔 결합 방식 1(예를 들어, 빔 결합 방식 1에서 가중치 및 위상 시프트)"은 아래 수학식 38에 기초하여 수행될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00183
수학식 38에서,
Figure 112018005119784-pat00184
는 안테나 엘리먼트들의 개수일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00185
는 수평축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00186
는 수직축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00187
은 빔 결합을 위한 수평 패널 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00188
은 빔 결합을 위한 수직 패널 인덱스일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00189
는
Figure 112018005119784-pat00190
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 아래 수학식 39에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00191
Figure 112018005119784-pat00192
는
Figure 112018005119784-pat00193
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 아래 수학식 40에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00194
"빔 결합 방식 2(예를 들어, 빔 결합 방식 2에서 가중치 및 위상 시프트)"는 아래 수학식 41에 기초하여 수행될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00195
수학식 41에서,
Figure 112018005119784-pat00196
는 안테나 엘리먼트들의 개수일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00197
는 수평축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00198
는 수직축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00199
은 빔 결합을 위한 수평 패널 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00200
은 빔 결합을 위한 수직 패널 인덱스일 수 있다.
수학식 41에서, mc는 아래 수학식 42에 기초하여 정의될 수 있고, nc는 아래 수학식 43에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00201
Figure 112018005119784-pat00202
Figure 112018005119784-pat00203
는
Figure 112018005119784-pat00204
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 앞서 설명된 수학식 39에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00205
는
Figure 112018005119784-pat00206
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 앞서 설명된 수학식 40에 기초하여 정의될 수 있다.
"빔 결합 방식 3(예를 들어, 빔 결합 방식 3에서 가중치 및 위상 시프트)"은 아래 수학식 44에 기초하여 수행될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00207
수학식 44에서,
Figure 112018005119784-pat00208
는 안테나 엘리먼트들의 개수일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00209
는 수평축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00210
는 수직축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00211
은 빔 결합을 위한 수평 패널 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00212
은 빔 결합을 위한 수직 패널 인덱스일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00213
는
Figure 112018005119784-pat00214
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 아래 수학식 45에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00215
Figure 112018005119784-pat00216
는
Figure 112018005119784-pat00217
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 아래 수학식 46에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00218
"빔 결합 방식 4(예를 들어, 빔 결합 방식 4에서 가중치 및 위상 시프트)"는 아래 수학식 47에 기초하여 수행될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00219
수학식 47에서,
Figure 112018005119784-pat00220
는 안테나 엘리먼트들의 개수일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00221
는 수평축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00222
는 수직축에서 안테나 엘리먼트 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00223
은 빔 결합을 위한 수평 패널 인덱스일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00224
은 빔 결합을 위한 수직 패널 인덱스일 수 있다.
mc는 앞서 설명된 수학식 42에 기초하여 정의될 수 있고, nc는 앞서 설명된 수학식 43에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00225
는
Figure 112018005119784-pat00226
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 앞서 설명된 수학식 45에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00227
는
Figure 112018005119784-pat00228
를 위한 빔 스티어링 각도일 수 있고, 앞서 설명된 수학식 46에 기초하여 정의될 수 있다.
한편, ABF 단계에서 패널 가상화가 수행되는 경우, "빔 결합 방식 2" 및 "빔 결합 방식 3"이 적용될 수 있다. DBF 단계에서 패널 가상화가 수행되는 경우, "빔 결합 방식 1", "빔 결합 방식 3" 및 "빔 결합 방식 4"가 적용될 수 있다. 패널 가상화(예를 들어, 빔 결합)가 수행된 경우, 안테나 이득은 다음과 같을 수 있다.
도 21은 패널 가상화가 적용된 실시예에서 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 21을 참조하면, 하나의 패널 내의 8×8 안테나 엘리먼트들에 의해 생성된 빔 패턴 및 안테나 이득이 확인될 수 있고, 4×4 패널들의 가상화를 통해 형성된 32×32 안테나 엘리먼트들에 의해 생성된 빔 패턴 및 안테나 이득이 확인될 수 있다. 패널 가상화가 적용된 경우, 상대적으로 좁은 빔이 생성될 수 있고, 상대적으로 높은 안테나 이득이 발생할 수 있다. 여기서, 커버리지 홀(예를 들어, 지향점 대비 -3dB 안테나 이득이 발생하는 커버리지 홀)은 DBF에 의해 보상될 수 있다.
도 22는 빔 결합 방식에 따른 안테나 이득 및 빔 패턴의 제1 실시예를 도시한 그래프이다.
도 22를 참조하면, "Alt1"은 "빔 결합 방식 1"을 지시할 수 있고, "Alt2"는 "빔 결합 방식 2"를 지시할 수 있다. "Alt2"가 적용된 실시예에서 빔 폭은 "Alt1"이 적용된 실시예에서 빔 폭보다 좁을 수 있다. 가상화되는 패널들의 개수(예를 들어, 1+1, 2+2, 4+4, 8+8)가 많을수록 안테나 이득은 증가할 수 있다.
■ 패널 기반의 빔포밍에 따른 결합된 빔 코드북(combined beam codebook )
Figure 112018005119784-pat00229
는 적어도 하나의 패널에서 {
Figure 112018005119784-pat00230
,
Figure 112018005119784-pat00231
}로 매핑되는 빔포밍 벡터일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00232
는 아날로그 빔을 지시할 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00233
는 디지털 빔을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00234
,
Figure 112018005119784-pat00235
및
Figure 112018005119784-pat00236
는 송신기와 수신기에서 공유될 수 있다. 빔 결합에 따른 빔 스티어링 각도(
Figure 112018005119784-pat00237
,
Figure 112018005119784-pat00238
)를 위한 코드북(
Figure 112018005119784-pat00239
)은 아래 수학식 48에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00240
Figure 112018005119784-pat00241
는 수학식 49에 기초하여 빔 패턴(예를 들어, 빔폭, 지향점)의 서비스 영역의 각도에 따라 양자화될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00242
■ 빔 측정 절차
빔 관련 동작(예를 들어, 빔 선택 동작, 빔 변경 동작, HARQ 재전송 동작, 링크 적응 동작 등)을 수행하기 위해, 수신기는 송신기로부터 수신된 신호에 기초하여 수신기와 송신기 간의 채널 상태(예를 들어, 빔 상태)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 빔 패턴에 따라 수신된 신호(예를 들어, 참조 신호(reference signal), 동기 신호(synchronization signal))의 세기에 기초하여 유효 채널(effective channel, heff)을 선택할 수 있고, 선택된 유효 채널(heff)에 대응하는 빔의 정보를 송신기에 보고할 수 있다. 유효 채널(heff)은 아래 수학식 50에 기초하여 결정될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00243
수학식 50에서,
Figure 112018005119784-pat00244
는 수평축에서 다중 전송 아날로그 빔들(multiple transmit analog beams)을 선택하기 위한 후보 집합을 지시할 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00245
는 수직축에서 다중 전송 아날로그 빔들을 선택하기 위한 후보 집합을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00246
및
Figure 112018005119784-pat00247
각각은 아래 수학식 51에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00248
■ 빔 검색(finding) 절차
빔 검색 절차는 아날로그 단에서 생성된 빔(예를 들어, 고정 빔, 아날로그 빔)들 중 최적의 빔을 검색하는 단계 및 디지털 단에서 생성된 빔(예를 들어, 디지털 빔, 전기적 틸팅된 빔)들 중 최적의 빔을 검색하는 단계를 포함할 수 있다. 서로 다른 공간에서 수신되는 빔들의 측정 절차를 통해 최적의 빔을 검색하기 위해, 빔 검색 절차는 "
Figure 112018005119784-pat00249
"번 수행될 수 있다. 수신기에서 수신 빔포밍이 적용되는 경우, 빔 검색 절차의 수행 횟수는 수신기의 빔들의 개수에 따라 증가할 수 있다. 예를 들어, 빔 검색 절차의 수행 횟수는
Figure 112018005119784-pat00250
일 수 있다. 여기서, Mr은 수신기의 빔들의 개수일 수 있다. 빔 검색 절차는 아래 방식들에 기초하여 수행될 수 있다.
빔 검색 방식 1
아날로그 빔에 대한 빔 패턴(이하, "아날로그 빔 패턴"이라 함) 및 디지털 빔에 대한 빔 패턴(이하, "디지털 빔 패턴"이라 함)이 각각 정의되는 경우, 수신기는 아날로그 빔의 검색을 완료한 후에 디지털 빔을 검색할 수 있다.
- 단계 1: 수신기는 송신기로부터 신호(예를 들어, 참조 신호, 동기 신호 등)을 수신할 수 있고, 수신된 신호의 품질에 기초하여 아날로그 빔들(예를 들어, 아날로그 빔 패턴) 중에서 적어도 하나의 아날로그 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 아날로그 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 단계 1은 아래 수학식 52에 기초하여 수행될 수 있다. 수학식 52에서,
Figure 112018005119784-pat00251
는 아날로그 빔 패턴에서 수평 아날로그 빔의 지향 각도를 지시할 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00252
는 빔 패턴에서 수직 아날로그 빔의 지향 각도를 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00253
- 단계 2: 수신기는 단계 1에서 검색된 빔 쌍들(예를 들어, 검색된 아날로그 빔에 대응하는 디지털 빔) 중에서 최적의 디지털 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 디지털 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 최적의 디지털 빔은 송신기로부터 수신된 신호의 품질에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 아날로그 빔에 대응하는 디지털 빔은 해당 아날로그 빔에 기초하여 전기적 틸팅된 빔일 수 있다. 또한, 수신기는 최적의 디지털 빔에 대한 디지털 프리코딩 벡터를 검색할 수 있다. 단계 2는 아래 수학식 53에 기초하여 수행될 수 있고, 수학식 53에서
Figure 112018005119784-pat00254
각각은 단계 1에서 선택된
Figure 112018005119784-pat00255
을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00256
빔 검색 방식 2
- 단계 1: 수신기는 송신기로부터 신호(예를 들어, 참조 신호, 동기 신호 등)을 수신할 수 있고, 수신된 신호의 품질에 기초하여 수평 아날로그 빔들 중에서 적어도 하나의 수평 아날로그 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 아날로그 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 단계 1은 아래 수학식 54에 기초하여 수행될 수 있고, 수학식 54에서
Figure 112018005119784-pat00257
i는 아날로그 빔 패턴에서 임의의 수평 아날로그 빔(예를 들어, 임의의 수평 아날로그 빔의 지향각)일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00258
- 단계 2: 수신기는 수신된 신호의 품질에 기초하여 수직 아날로그 빔들 중에서 적어도 하나의 수직 아날로그 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 아날로그 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 단계 2는 아래 수학식 55에 기초하여 수행될 수 있고, 수학식 55에서
Figure 112018005119784-pat00259
각각은 수학식 54의
Figure 112018005119784-pat00260
에 기초하여 선택된
Figure 112018005119784-pat00261
일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00262
- 단계 3: 수신기는 단계 1 및 2에서 검색된 빔 쌍들(예를 들어, 검색된 수평 아날로그 빔 및 수직 아날로그 빔에 대응하는 디지털 빔) 중에서 최적의 디지털 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 디지털 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 최적의 디지털 빔은 송신기로부터 수신된 신호의 품질에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 수평 아날로그 빔 및 수직 아날로그 빔에 대응하는 디지털 빔은 해당 아날로그 빔에 기초하여 전기적 틸팅된 빔일 수 있다. 또한, 수신기는 최적의 디지털 빔에 대한 디지털 프리코딩 벡터를 검색할 수 있다. 단계 3은 아래 수학식 56에 기초하여 수행될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00263
빔 검색 방식 3
- 단계 1: 수신기는 송신기로부터 신호(예를 들어, 참조 신호, 동기 신호 등)을 수신할 수 있고, 수신된 신호의 품질에 기초하여 수평 아날로그 빔들 중에서 적어도 하나의 수평 아날로그 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 아날로그 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 단계 1은 앞서 설명된 수학식 54에 기초하여 수행될 수 있다.
- 단계 2: 수신기는 수신된 신호의 품질에 기초하여 수직 아날로그 빔들 중에서 적어도 하나의 수직 아날로그 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 아날로그 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 단계 2는 앞서 설명된 수학식 55에 기초하여 수행될 수 있다.
- 단계 3: 수신기는 단계 1에서 검색된 빔 쌍들(예를 들어, 검색된 수평 아날로그 빔에 대응하는 수평 디지털 빔) 중에서 최적의 수평 디지털 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 디지털 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 최적의 수평 디지털 빔은 송신기로부터 수신된 신호의 품질에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 수평 아날로그 빔에 대응하는 수평 디지털 빔은 해당 아날로그 빔에 기초하여 전기적 틸팅된 빔일 수 있다. 단계 3은 아래 수학식 57에 기초하여 수행될 수 있다. 수학식 57에서,
Figure 112018005119784-pat00264
각각은
Figure 112018005119784-pat00265
에 기초하여 선택된
Figure 112018005119784-pat00266
일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00267
e,i는 디지털 빔 패턴에서 임의의 수평 디지털 빔(예를 들어, 임의의 수평 디지털 빔의 지향각)일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00268
- 단계 4: 수신기는 단계 2에서 검색된 빔 쌍들(예를 들어, 검색된 수직 아날로그 빔에 대응하는 수직 디지털 빔) 중에서 최적의 수직 디지털 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 디지털 빔)을 검색(또는, 선택)할 수 있다. 최적의 수직 디지털 빔은 송신기로부터 수신된 신호의 품질에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 수직 아날로그 빔에 대응하는 수직 디지털 빔은 해당 아날로그 빔에 기초하여 전기적 틸팅된 빔일 수 있다. 단계 4는 아래 수학식 58에 기초하여 수행될 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00269
는
Figure 112018005119784-pat00270
에 기초하여 선택된
Figure 112018005119784-pat00271
e일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00272
한편, 앞서 설명된 빔 검색 방식 1-3에 의하면 검색 지연이 발생할 수 있다. 검색 지연은 다음과 같을 수 있다.
도 23은 빔 검색 방식에 따른 검색 지연을 도시한 그래프이다.
도 23을 참조하면, "Alt1"은 "빔 검색 방식 1"을 지시할 수 있고, "Alt2"는은 "빔 검색 방식 2"를 지시할 수 있고, "Alt3"은 "빔 검색 방식 3"을 지시할 수 있다. FS(full search)는 모든 빔들을 검색하는 방식을 지시할 수 있다. "A"는 "아날로그 빔"을 지시할 수 있고, "D"는 "디지털 빔"을 지시할 수 있다. FS의 빔 검색 시도 횟수는 Alt1, Alt2 및 Alt3 각각의 빔 검색 시도 횟수보다 많을 수 있고, Alt3의 빔 검색 횟수가 가장 작을 수 있다. 예를 들어, FS의 빔 검색 복잡도(예를 들어, 빔 검색 시도 횟수)는 "
Figure 112018005119784-pat00273
"일 수 있고, Alt1의 빔 검색 복잡도는 "
Figure 112018005119784-pat00274
"일 수 있고, Alt2의 빔 검색 복잡도는 "
Figure 112018005119784-pat00275
"일 수 있고, Alt3의 빔 검색 복잡도는 "
Figure 112018005119784-pat00276
"일 수 있다.
■ 빔 측정 절차
빔 측정 절차에서 빔 상태(예를 들어, 채널 상태)가 측정될 수 있으며, 빔 상태는 MRU(measurement resource unit) 내에서 측정될 수 있다. MRU는 서브캐리어들 중에서 빔 상태를 측정하기 위해 사용되는 신호(이하, "빔 측정 신호"라 함)가 할당된 서브캐리어일 수 있다. 빔 측정 신호는 참조 신호(RS), 동기 신호(SS), BM-RS(beam measurement-reference signal), BWS(beam sweeping) 신호 등일 수 있다. 빔 측정 절차는 아래 표 6과 같이 분류될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00277
빔 측정 절차에서 측정 결과는 dB 단위 또는 dBm 단위로 환산될 수 있고, 수신기는 환산된 값을 송신기에 보고할 수 있다. 또는, 수신기는 측정 결과를 양자화할 수 있고, 양자화된 값을 송신기에 보고할 수 있다. 또는, 수신기는 측정 결과로 SINR(signal to interference plus noise ratio), RSSI(received signal strength indicator) 또는 RSS(received signal strength)를 송신기에 보고할 수 있다. 이 경우, 송신기는 RSSI 또는 RSS에 기초하여 SINR을 추정할 수 있다.
도 24는 빔 측정 절차의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 24를 참조하면, 송신기는 빔 측정 신호(예를 들어, 참조 신호, 동기 신호, BM-RS, BSW 신호)를 전송할 수 있다. 빔 측정 신호는 미리 설정된 주기에 기초하여 전송될 수 있다. 여기서, m 및 n 각각은 1 이상의 정수일 수 있다. 하나의 n에 대응하는 구간(이하, "OS"라 함)에서
Figure 112018005119784-pat00278
개의 빔 측정 신호들이 전송될 수 있다. 수신기는 송신기로부터 수신된 빔 측정 신호에 기초하여 빔 측정을 수행할 수 있고, 측정 결과를 송신기에 보고할 수 있다. tm 구간에서 측정 결과(
Figure 112018005119784-pat00279
)는 아래 수학식 59에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어, tm 구간에서 측정 결과는 이전 구간(tm-1)에서 측정 값과 현재 구간(tm)에서 측정 값에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00280
Figure 112018005119784-pat00281
는 러닝 에버리징 파라미터(running averaging parameter)일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00282
는 "tm = m" 구간 내의 n 구간 동안의 빔 측정 신호의 측정 값일 수 있고, 아래 수학식 60에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00283
Figure 112018005119784-pat00284
는 이전 구간(tn = n-1)까지의 측정 값(
Figure 112018005119784-pat00285
)과 현재 구간(tn = n)에서 측정 값에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어,
Figure 112018005119784-pat00286
는 아래 수학식 61에 기초하여 계산될 수 있다. 여기서,
Figure 112018005119784-pat00287
는 러닝 에버리징 파라미터일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00288
Figure 112018005119784-pat00289
은 "tn = n" 구간 내의 적어도 하나의 빔 측정 신호에 기초하여 측정될 수 있으며, 아래 수학식 62에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00290
Figure 112018005119784-pat00291
는 이전 구간(tos = OS - 1)까지의
Figure 112018005119784-pat00292
와 현재 구간(tos = OS)에서 측정 값에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어,
Figure 112018005119784-pat00293
는 아래 수학식 63에 기초하여 계산될 수 있다. 여기서,
Figure 112018005119784-pat00294
는 러닝 에버리징 파라미터일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00295
Figure 112018005119784-pat00296
는 "tos = OS" 구간에서 빔 측정 신호의 측정 값일 수 있으며, 아래 수학식 64에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00297
Figure 112018005119784-pat00298
는 송신기의 RF 체인을 위한 아날로그 빔별 빔 측정 신호 #j(즉, BM-RS #j)를 위해 할당된 OFMD 심볼들에서 서브캐리어들의 개수를 지시할 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00299
각각은 BM-RS #j의 측정을 위해 송신기와 수신기 간에 미리 설정된
Figure 112018005119784-pat00300
일 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00301
는 수평축에서 다중 전송 아날로그 빔들을 선택하기 위한 후보 집합을 지시할 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00302
는 수직축에서 다중 전송 아날로그 빔들을 선택하기 위한 후보 집합을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00303
및
Figure 112018005119784-pat00304
각각은 아래 수학식 65에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00305
또는,
Figure 112018005119784-pat00306
는 아래 수학식 66 내지 수학식 69에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00307
Figure 112018005119784-pat00308
Figure 112018005119784-pat00309
Figure 112018005119784-pat00310
Nsc는 송신기에서 물리 채널 상태 정보의 측정을 위한 OFDM 심볼들에서 서브캐리어들의 개수를 지시할 수 있다. 예를 들어, Nsc는 하나의 MRU 또는 복수의 MRU들(예를 들어, 최대 시스템 대역폭) 내의 전체 서브캐리어들의 개수를 지시할 수 있다. 또는, 참조 신호(RS)에 기초하여 채널이 측정되는 경우, Nsc는
Figure 112018005119784-pat00311
로 설정될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00312
는 송신기의 RF 체인을 위한 아날로그 빔별 참조 신호(RS) #j를 위해 할당된 OFDM 심볼들에서 서브캐리어들의 개수를 지시할 수 있다.
s[k]는 k번째 서브캐리어에서 전송되는 신호(예를 들어, 참조 신호(RS), 샘플, 메시지)의 송신 전력을 지시할 수 있다. s[k]는 신호의 전송 전에 정의 또는 지시될 수 있다. r[k]는 k번째 서브캐리어에서 수신되는 신호(예를 들어, 참조 신호(RS), 샘플, 메시지)의 수신 전력을 지시할 수 있다. 여기서, r[k]는 간섭 및 잡음을 제외한 신호의 수신 전력을 지시할 수 있고, 아래 수학식 70에 기초하여 정의될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00313
Figure 112018005119784-pat00314
각각은 참조 신호(RS) #j의 측정을 위해 송신기와 수신기 간에 미리 설정된
Figure 112018005119784-pat00315
일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00316
는 수평축에서 다중 전송 아날로그 빔들을 선택하기 위한 후보 집합을 지시할 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00317
는 수직축에서 다중 전송 아날로그 빔들을 선택하기 위한 후보 집합을 지시할 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00318
및
Figure 112018005119784-pat00319
각각은 앞서 설명된 수학식 65에 기초하여 정의될 수 있다. RSSI[k]는 k번째 서브캐리어에서 수신되는 신호(예를 들어, RS, 샘플, 메시지)의 수신 전력을 지시할 수 있다. 여기서, RSSI[k]는 간섭 및 잡음을 포함하는 신호의 수신 전력을 지시할 수 있다.
수신기는 빔 측정을 위해 사용되는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있으며, 이 경우에 아래 수학식 71이 사용될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00320
Figure 112018005119784-pat00321
는 빔 측정을 수행하는 수신기의 안테나 #r의
Figure 112018005119784-pat00322
일 수 있고,
Figure 112018005119784-pat00323
는 수신기에서 빔 측정을 수행하는 안테나들(예를 들어, 안테나 엘리먼트들)의 개수를 지시할 수 있다. 수신기는 빔 측정을 수행하는 모든 안테나들에서 측정된 평균값을 계산할 수 있고, 평균값을 송신기에 보고할 수 있다. 여기서, 평균값은 아래 수학식 72에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure 112018005119784-pat00324
한편, 섹터 내에서 복수의 빔들을 통해 통신 서비스가 제공되는 경우, 빔들 간의 간섭이 발생할 수 있다. 하나의 송신기가 공간 영역에서 구별되는 복수의 섹터들에서 통신 서비스를 제공하는 경우, 섹터들 간에 간섭이 발생할 수 있다. 인접한 송신기들이 신호를 전송하는 경우, 인접한 송신기들 간에 간섭이 발생할 수 있다. 앞서 설명된 간섭은 BM-IM(beam measurement-interference measurement)을 통해 측정될 수 있고, BM-IM을 위한 자원(예를 들어, RE(resource element), 서브캐리어, 심볼)이 설정될 수 있다. 수신기는 BM-IM을 위한 자원에서 빔 간섭을 측정할 수 있으며, 송신기는 BM-IM을 위해 설정된 자원을 통해 어떠한 신호도 전송하지 않을 수 있다. 수신기는 BM-IM을 위해 설정된 자원에서
Figure 112018005119784-pat00325
,
Figure 112018005119784-pat00326
및
Figure 112018005119784-pat00327
을 측정할 수 있고, 측정된 값을 송신기에 보고할 수 있다.
도 25는 빔 측정 절차의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 25를 참조하면, 기지국(2500)은 4개의 빔들(예를 들어, 빔 #0, 빔 #1, 빔 #2, 빔 #3)을 통해 빔 측정 신호(예를 들어, 참조 신호, BM-RS, 동기 신호, BSW 신호)를 전송할 수 있다. 여기서, 4개의 빔들의 인덱스는 서로 다를 수 있고, 빔 측정 신호는 빔포밍 방식으로 전송될 수 있다. 빔 측정 신호는 아래 방식들에 기초하여 전송될 수 있다.
도 26a는 빔 측정 신호의 전송 방식의 제1 실시예를 도시한 타이밍도이다.
도 26a를 참조하면, 기지국(2500)은 빔 측정을 위해 사용되는 BSW 신호 및 BM-RS를 전송할 수 있다. BSW 신호 및 BM-RS 각각은 주기적으로 전송될 수 있고, BM-RS는 빔포밍 방식으로 전송될 수 있다.
도 26b는 빔 측정 신호의 전송 방식의 제2 실시예를 도시한 타이밍도이다.
도 26b를 참조하면, 기지국(2500)은 빔 측정을 위해 사용되는 BSW 신호, BM-RS 및 결합된 BM-RS를 전송할 수 있다. 결합된 BM-RS는 결합됨 빔을 통해 전송되는 BM-RS일 수 있다. BSW 신호, BM-RS 및 결합된 BM-RS 각각은 주기적으로 전송될 수 있고, BM-RS 및 결합된 BM-RS는 빔포밍 방식으로 전송될 수 있다.
다시 도 25를 참조하면, 단말(2510)은 기지국으로부터 수신된 빔 측정 신호에 기초하여 빔 측정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 단말(2510)은 빔 측정 결과가 미리 설정된 기준을 만족하는 적어도 하나의 빔(예를 들어, 미리 설정된 임계값 이상의 수신 신호 세기를 가지는 적어도 하나의 빔)을 선택할 수 있다. 미리 설정된 기준을 만족하는 빔이 빔 #1 및 빔 #2인 경우, 단말(2510)은 빔 #1 및 빔 #2를 지시하는 정보(예를 들어, 빔 인덱스)를 기지국(2500)에 전송할 수 있다.
기지국(2500)은 빔 측정 신호에 기초하여 선택된 빔 정보(예를 들어, 빔 #1, 빔 #2)를 단말(2510)로부터 수신할 수 있고, 빔 #1 및 빔 #2를 사용하여 단말(2510)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 이 경우, 기지국(2500)은 서로 다른 인덱스를 가지는 빔 #1 및 빔 #2를 사용하여 단말(2510)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 또는, 기지국(2500)은 결합된 빔(예를 들어, 빔 #1 및 빔 #2)을 사용하여 단말(2510)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 결합된 BM-RS(예를 들어, 결합된 빔 #1 및 빔 #2를 통해 전송된 BM-RS)에 기초한 측정 결과가 단말(2510)로부터 수신된 경우, 기지국(2500)은 해당 측정 결과가 결합된 BM-RS에 기초한 측정 결과인 것을 알 수 있고, 측정 결과에 의해 지시되는 결합된 빔 #1 및 빔 #2를 사용하여 단말(2510)에 통신 서비스를 제공할 수 있다.
한편, 빔 측정 신호는 시간-주파수 자원의 일부 또는 전체를 통해 전송될 수 있다. 빔 측정 신호는 다른 신호(예를 들어, 제어 정보, 사용자 데이터, 다른 참조 신호, 다른 빔 측정 신호)와 공유되는 시간-주파수 자원 또는 별도의 시간-주파수 자원을 통해 전송되는 경우, 수신기는 수신된 신호가 빔 측정 신호임을 인식할 수 있어야 한다.
따라서 빔 측정 신호를 위한 자원 풀(resource pool)이 설정될 수 있고, 자원 풀에 속한 자원은 빔 측정 신호들 각각에 매핑될 수 있다. 예를 들어, 빔 측정 신호들 각각은 자원 풀 내의 서로 다른 자원에 매핑될 수 있고, 기지국은 복수의 빔 측정 신호들을 자원 풀 내의 서로 다른 자원을 사용하여 전송할 수 있고, 단말은 빔 측정 신호의 자원 매핑 정보에 기초하여 자신의 빔 측정 신호를 식별할 수 있다.
자원 풀은 시간 단위(예를 들어, 서브프레임, TTI(transmission time interval), 슬롯 등)로 설정될 수 있고, 시간 축에서 주기적으로 설정될 수 있다. 자원 풀에 기초하여 주기적인 빔 측정 절차가 수행될 수 있다. 빔 측정 절차가 송신기에 의해 트리거링(triggering)되는 경우, 빔 측정 절차를 트리거링하는 메시지는 자원 풀 정보를 포함할 수 있다. 또한, 자원 풀은 주파수 단위(예를 들어, PRU(physical radio unit 또는 physical resource unit), 서브대역, 서브채널)로 설정될 수 있다. 예를 들어, 전체 주파수 자원 또는 일부 주파수 자원이 자원 풀을 위해 할당될 수 있다. 또한, 자원 풀은 시간-주파수 단위로 설정될 수 있고, 공간 단위(예를 들어, 빔 인덱스)로 설정될 수 있다. 복수의 자원 풀들이 설정될 수 있으며, 복수의 자원 풀들 각각은 다른 신호(예를 들어, 제어 정보, 사용자 데이터, 다른 참조 신호, 다른 빔 측정 신호)의 전송을 위해 사용되지 않을 수 있다.
자원 풀 내에서 빔 측정 신호는 시간 축 및/또는 주파수 축에서 구별 가능하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 빔 측정 신호는 시간 축에서 OFDM 심볼(예를 들어, 연속된 OFDM 심볼들) 단위로 설정될 수 있고, 주파수 축에서 서브캐리어(예를 들어, 연속된 서브캐리어들) 단위로 설정될 수 있다. 하나의 자원 풀 내의 특정 자원(예를 들어, RE(resource element), 톤(tone), 심볼 등)은 빔 측정 신호와 매핑될 수 있다. 많은 빔 측정 신호들이 존재하는 경우, 복수의 자원 풀들이 설정될 수 있다. 또한, 복수의 수신기들이 존재하는 경우, 복수의 수신기들 각각을 위한 자원 풀이 독립적으로 설정될 수 있다.
한편, 빔 측정 신호는 자원 풀(예를 들어, MRU) 내에서 설정될 수 있으며, MRU 내에서 빔 측정 신호는 다음과 같이 설정될 수 있다.
도 27는 MRU 내에서 빔 측정 신호의 설정(configuration)을 도시한 개념도이다.
도 27을 참조하면, 측정 윈도우(measurement window) 내에 적어도 하나의 측정 피리어드(measurement period)가 설정될 수 있고, 측정 피리어드 내에 적어도 하나의 측정 듀레이션(measurement duration)이 설정될 수 있고, 측정 듀레이션 내에 적어도 하나의 MRU가 설정될 수 있다. 빔 측정 절차는 측정 듀레이션 내에서 수행될 수 있고, 측정 듀레이션은 측정 피리어드의 시작 시점으로부터 미리 설정된 오프셋(offset) 이후에 시작될 수 있다. 측정 보고는 측정 듀레이션의 종료 시점으로부터 응답 지연(response delay) 이후에 수행될 수 있다.
MRU는 빔 측정 절차를 위해 설정되는 최소 자원 단위일 수 있다. MRU는 시간 축에서 하나의 OFDM 심볼 또는 연속된 OFDM 심볼들(예를 들어, 프레임, 서브프레임, TTI, 슬롯)로 구성될 수 있고, 주파수 축에서 하나의 서브캐리어 또는 연속된 서브캐리어들(예를 들어, RB(resource block), 서브밴드, 서브채널, 전체 주파수 대역)로 구성될 수 있다. MRU 내에 적어도 하나의 빔 측정 신호가 설정될 수 있고, 빔 측정 신호들은 시간 영역, 주파수 영역 및 공간 영역 중 적어도 하나에서 구별되도록 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템의 수신기에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming) 기반의 통신 방법으로서,
    상기 하이브리드 빔포밍이 적용된 아날로그 빔(analog beam)들과 디지털 빔들을 통해 상기 통신 시스템의 송신기로부터 참조 신호(reference signals)들을 수신하는 단계;
    상기 아날로그 빔들을 통해 수신된 상기 참조 신호들의 측정 결과에 기초하여, 상기 아날로그 빔들 중에서 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하는 단계;
    상기 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 아날로그 빔에 대해 틸팅된(tilted) 적어도 하나의 디지털 빔을 확인하는 단계;
    상기 적어도 하나의 디지털 빔을 통해 수신된 상기 참조 신호들의 측정 결과에 기초하여, 상기 적어도 하나의 디지털 빔 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 하나 이상의 디지털 빔을 선택하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 아날로그 빔 및 상기 하나 이상의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 지시하는 정보를 상기 송신기에 전송하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하는 단계는,
    상기 아날로그 빔들에 속한 수평(horizontal) 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수평 아날로그 빔을 선택하는 단계; 및
    상기 아날로그 빔들에 속한 수직(vertical) 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수직 아날로그 빔을 선택하는 단계를 더 포함하는, 통신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔은 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔과 수직 방향에 배치된 아날로그 빔인, 통신 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 디지털 빔을 확인하는 단계는,
    상기 디지털 빔들에 속한 수평 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔에 대해 틸팅된 적어도 하나의 수평 디지털 빔을 확인하는 단계; 및
    상기 디지털 빔들에 속한 수직 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔에 대해 틸팅된 적어도 하나의 수직 디지털 빔을 확인하는 단계를 포함하고,
    상기 하나 이상의 디지털 빔을 선택하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 수평 디지털 빔 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 하나 이상의 수평 디지털 빔을 선택하는 단계;및
    상기 적어도 하나의 수직 디지털 빔 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 하나 이상의 수직 디지털 빔을 선택하는 단계를 더 포함하는, 통신 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하나 이상의 수직 디지털 빔은 상기 하나 이상의 수평 디지털 빔과 수직 방향에 배치된 디지털 빔인, 통신 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 참조 신호들은 상기 송신기의 결합된 빔(combined beam)을 통해 수신되는, 통신 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 빔을 선택하는 단계는,
    상기 하나 이상의 디지털 빔의 프리코딩 벡터(precoding vector)를 확인하는 단계를 더 포함하는, 통신 방법.
  9. 통신 시스템의 송신기에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming) 기반의 통신 방법으로서,
    아날로그(analog) 빔들과 상기 아날로그 빔들에 대해 틸팅된 디지털(digital) 빔들을 사용하여 참조 신호(reference signal)들을 전송하는 단계;
    상기 참조 신호들에 기초하여 선택된 적어도 하나의 아날로그 빔 및 하나 이상의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 지시하는 정보를 상기 통신 시스템의 수신기로부터 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 아날로그 빔 및 상기 하나 이상의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 사용하여 상기 수신기와 통신을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 송신기의 안테나 모듈(module)은 서로 다른 섹터(sector)를 지원하는 복수의 빔포머(beamformer)들을 포함하고, 상기 복수의 빔포머들 각각은 복수의 패널(panel)들을 포함하고, 복수의 패널들 각각은 복수의 안테나 엘리먼트(element)들을 포함하고, 상기 아날로그 빔들과 상기 디지털 빔들은 하나의 빔포머에 의해 전송되고, 상기 하나 이상의 디지털 빔은 상기 적어도 하나의 아날로그 빔에 대해 틸딩된 적어도 하나의 디지털 빔 중에서 상기 참조 신호들의 측정 결과에 기초하여 선택되는, 통신 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 참조 신호들은 간섭 측정을 위해 설정된 시간-주파수 자원을 제외한 시간-주파수 자원을 통해 전송되는, 통신 방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 참조 신호들은 상기 아날로그 빔들 및 상기 디지털 빔들 중에서 적어도 두 개의 빔들이 결합된 빔(combined beam)을 통해 전송되는, 통신 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 결합된 빔은 하나의 빔포머에 속한 패널들이 하나의 지향점을 가지도록 가상화됨으로써 생성되는, 통신 방법.
  14. 통신 시스템의 수신기로서,
    프로세서(processor); 및
    상기 프로세서에 의해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    하이브리드 빔포밍이 적용된 아날로그 빔(analog beam)들과 디지털 빔들을 통해 상기 통신 시스템의 송신기로부터 참조 신호(reference signal)들을 수신하고;
    상기 아날로그 빔들을 통해 수신된 상기 참조 신호들의 측정 결과에 기초하여, 상기 아날로그 빔들 중에서 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하고;
    상기 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 아날로그 빔에 대해 틸팅된(tilted) 적어도 하나의 디지털 빔을 확인하고;
    상기 적어도 하나의 디지털 빔을 통해 수신된 상기 참조 신호들의 측정 결과에 기초하여, 상기 적어도 하나의 디지털 빔 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 하나 이상의 디지털 빔을 선택하고; 그리고
    상기 적어도 하나의 아날로그 빔 및 상기 하나 이상의 디지털 빔 중에서 적어도 하나를 지시하는 정보를 상기 송신기에 전송하도록 실행되는, 수신기.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 적어도 하나의 아날로그 빔을 선택하는 경우에 상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 아날로그 빔들에 속한 수평(horizontal) 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수평 아날로그 빔을 선택하고; 그리고
    상기 아날로그 빔들에 속한 수직(vertical) 아날로그 빔들 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 적어도 하나의 수직 아날로그 빔을 선택하도록 더 실행되는, 수신기.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 하나의 디지털 빔을 확인하는 경우에 상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 디지털 빔들에 속한 수평 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔에 대해 틸팅된 적어도 하나의 수평 디지털 빔을 확인하고; 그리고
    상기 디지털 빔들에 속한 수직 디지털 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔에 대해 틸팅된 적어도 하나의 수직 디지털 빔을 확인하도록 더 실행되고,
    상기 하나 이상의 디지털 빔을 선택하는 경우에 상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 적어도 하나의 수평 디지털 빔 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 하나 이상의 수평 디지털 빔을 선택하고; 그리고
    상기 적어도 하나의 수직 디지털 빔 중에서 상기 미리 설정된 임계값 이상의 품질을 가지는 하나 이상의 수직 디지털 빔을 선택하도록 더 실행되는, 수신기.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수직 아날로그 빔은 상기 적어도 하나의 수평 아날로그 빔과 수직 방향에 배치된 아날로그 빔이고, 상기 하나 이상의 수직 디지털 빔은 상기 하나 이상의 수평 디지털 빔과 수직 방향에 배치된 디지털 빔인, 수신기.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 참조 신호들은 상기 송신기의 결합된 빔(combined beam)을 통해 수신되는, 수신기.
  19. 삭제
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 빔을 선택하는 경우에 상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 하나 이상의 디지털 빔의 프리코딩 벡터(precoding vector)를 확인하도록 실행되는, 수신기.
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