KR20150137612A - 교차편파를 이용한 인접 빔 간 간섭 제거 방법 및 신호 송수신 방법 - Google Patents

Abstract

교차편파를 이용한 인접 빔 간 간섭 제거 방법 및 송수신 방법을 제공한다. 무선 통신 시스템에서 기지국의 송신 방법은 제1 서브 섹터(sub-sector)에 위치하는 단말에 대해 제1 편파를 가지는 제1 빔(beam)을 형성하기 위한 제1 파라미터를 구성하고 제2 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 제2 편파를 가지는 제2 빔을 형성하기 위한 제2 파라미터를 구성하는 단계 및 상기 구성된 제1 파라미터를 기반으로 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제1 빔을 형성하고 상기 구성된 제2 파라미터를 기반으로 상기 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제2 빔을 형성하여 각각의 단말로 신호를 전송하는 단계를 포함하고, 상기 제2 서브 섹터는 상기 기지국의 셀(cell) 내에서 상기 제1 서브 섹터와 동일한 주파수 대역이 할당되고 상기 제1 서브 섹터에 인접한 서브 섹터일 수 있다.

Description

교차편파를 이용한 인접 빔 간 간섭 제거 방법 및 신호 송수신 방법{METHOD FOR INTER-BEAM INTERFERENCE REDUCTION USING CROSS POLARIZATION AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING SIGNAL}

본 발명의 실시예들은 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 형성 시 발생하는 인접 빔 간의 간섭을 제거하는 방법 및 상기 간섭 제거 방법을 이용 시 신호를 송수신하는 방법에 관한 것이다.

최근 스마트폰(smart phone),　태블릿 PC(tablet Personal Computer) 등과 같은　모바일(mobile) 기기의 보급 및 이용이 확대됨에 따라 보다 많은 사용자를 지원할 수 있고 보다 높은 전송률을 달성할 수 있는 무선 통신 시스템이 요구되고 있으며, 이를 위해 동일 채널(channel)에서 다중 빔(beam)을 이용하는 기술이 연구되고 있다. 또한, 보다 넓은 대역폭을 확보하기 위해 밀리미터파(millimeter wave) 대역까지 송신 주파수를 높이는 추세이다. 밀리미터파는 직진성이 강하기 때문에 주로 LOS(Line Of Sight) 환경에서 사용되며, 적은 수의 반사, 회절, 투과는 가능한 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 밀리미터파 대역에서 다중 빔 안테나 기술이 큰 관심을 받고 있다.

도 1은 종래 기지국의 셀(cell) 개념을 나타내는 도면이고, 도 2는 동일 채널에서 다중 빔 이용 시 기지국의 셀 개념을 나타내는 도면이다.

종래의 기지국은 도 1에 도시된 것과 같이 기지국을 중심으로 전파 도달 영역(이하, 셀이라 함)을 원으로 표시할 경우, 360도의 셀을 120도씩 3개의 섹터(sector)로 나누고 빔폭이 120도인 안테나를 이용해 각 섹터에 전체적으로 신호를 방사하였다. 이때 섹터 간 간섭을 줄이기 위해 섹터 간에 서로 다른 주파수 대역을 할당했다. 또한 셀 간 간섭도 마찬가지로 주변 셀과 겹치는 셀에 대해 각 기지국이 서로 다른 주파수를 선택하도록 하였다. 일 예로, 도 1에는 제1 기지국(BS1)의 제1 섹터(sector1)와 제2 기지국(BS2)의 제3 섹터(sector3)가 겹침에 따라 제1 기지국은 제1 섹터에 제1 주파수 대역(f1)을 할당하고 제2 기지국은 제3 섹터에 제3 주파수 대역(f3)을 할당한 경우가 도시되어 있다.

그러나, 동일 채널(즉, 동일 주파수 대역)에서 다중 빔을 형성(forming)하는 경우에는 도 2에 도시된 것과 같이 각 섹터를 미리 MxN 개(여기서, M 및 N은 자연수)의 서브 섹터(sub-sector)로 나누고, 특정 서브 섹터에 존재하는 단말에 대해서는 해당 서브 섹터에 해당하는 빔을 형성하는 방법을 사용한다. 일 예로, 한국공개특허공보 제10-2014-0056561호(공개일 2014년 5월 12일) "다중 빔을 운영하는 이동통신시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법"에는 다수의 빔을 형성하고, 상기 다수의 빔 각각에 대하여 빔 식별자를 할당하고 각각의 빔에 대응되는 빔 식별자를 각각의 빔을 이용하여 전송한 후 단말로부터 상기 단말이 선택한 빔의 빔 식별자를 수신하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같이 다중 빔을 이용하는 방법은 사용자의 수만큼 빔을 형성하기 때문에 각각의 사용자에게 빠른 통신 속도를 제공할 수 있지만, 빔 간의 간섭이 클 경우 기존의 방식보다 좋지 않은 성능이 나타날 수 있다.

본 발명의 기술적 과제는 동일 채널에서 다중 빔을 사용하는 경우 인접한 빔 간의 간섭을 줄일 수 있는 교차편파를 이용한 인접 빔 간 간섭 제거 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 본 발명에 따른 간섭 제거 방법을 적용 시 신호를 송수신하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 송신 방법은 제1 서브 섹터(sub-sector)에 위치하는 단말에 대해 제1 편파를 가지는 제1 빔(beam)을 형성하기 위한 제1 파라미터를 구성하고 제2 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 제2 편파를 가지는 제2 빔을 형성하기 위한 제2 파라미터를 구성하는 단계 및 상기 구성된 제1 파라미터를 기반으로 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제1 빔을 형성하고 상기 구성된 제2 파라미터를 기반으로 상기 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제2 빔을 형성하여 각각의 단말로 신호를 전송하는 단계를 포함하고, 상기 제2 서브 섹터는 상기 기지국의 셀(cell) 내에서 상기 제1 서브 섹터와 동일한 주파수 대역이 할당되고 상기 제1 서브 섹터에 인접한 서브 섹터일 수 있다.

일측에 따르면, 상기 제2 편파는 상기 제1 편파의 교차 편파(cross polarization)일 수 있다.

다른 측면에 따르면, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔은 각각 상기 제1 서브 섹터 및 상기 제2 서브 섹터에 고정적으로 형성되고, 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말이 상기 제2 서브 섹터로 이동하는 경우 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 형성된 상기 제1 빔은 상기 제2 빔으로 스위칭될 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 전송하는 단계 이후에 상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 각각의 단말로부터 각각 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 수신하는 단계 이후에 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 상기 각각의 단말의 위치와 이동 방향을 추정하는 단계 및 상기 추정된 위치와 이동 방향을 기초로 상기 각각의 단말에 대해 형성될 빔의 편파를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 이동 방향은 상기 제1 편파 신호의 수신신호세기와 상기 제2 편파 신호의 수신신호세기 간의 비교를 통해 추정될 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 선택하는 단계 이후에 상기 각각의 단말로 상기 선택된 편파에 대한 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 추정하는 단계 이후에 상기 추정된 위치와 이동 방향을 기초로 상기 각각의 단말에 대해 형성된 빔을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 수신하는 단계 이후에 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호의 신호대잡음비를 측정하는 단계 및 상기 제1 편파 신호와 상기 제2 편파 신호의 신호대 잡음비가 기 설정된 신호대잡음비 이상인 경우 해당 단말에 대해 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 전송하는 단계에서 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말의 수가 기 설정된 수 이상인 경우, 상기 제2 빔을 상기 제1 서브 섹터에 형성하고 상기 제1 빔과 상기 제2 빔을 이용하여 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말로 데이터를 전송할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 셀의 인접 셀에는 상기 주파수 대역과는 다른 주파수 대역이 할당될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선 통신 시스템의 기지국은 제1 서브 섹터(sub-sector)에 위치하는 단말에 대해 제1 편파를 가지는 제1 빔(beam)을 형성하기 위한 제1 파라미터(parameter)를 구성하고 제2 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 제2 편파를 가지는 제2 빔을 형성하기 위한 제2 파라미터를 구성하는 프로세서, 상기 제1 파라미터와 상기 제2 파라미터를 저장하는 메모리 및 상기 제1 파라미터를 기반으로 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제1 빔을 형성하고 상기 제2 파라미터를 기반으로 상기 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제2 빔을 형성하여 각각의 단말로 신호를 전송하는 RF(Radio Frequency) 부를 포함하고, 상기 제2 서브 섹터는 상기 기지국의 셀(cell) 내에서 상기 제1 서브 섹터와 동일한 주파수 대역이 할당되고 상기 제1 서브 섹터에 인접한 서브 섹터일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 수신 방법은 적어도 하나의 안테나를 이용하여 기지국으로 제1 편파 신호와 제2 편파 신호를 송신하는 단계, 상기 기지국으로부터 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 선택된 편파에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 편파에 대한 정보를 기초로 데이터 수신을 위한 편파를 선택하는 단계 및 상기 선택된 편파를 이용하여 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서의 단말은 적어도 하나의 안테나를 이용하여 기지국으로 제1 편파 신호와 제2 편파 신호를 송신하고, 상기 기지국으로부터 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 선택된 편파에 대한 정보를 수신하는 RF(Radio Frequency) 부, 상기 편파에 대한 정보를 저장하는 메모리 및 상기 편파에 대한 정보를 기초로 데이터 수신을 위한 편파를 선택하는 프로세서를 포함하고, 상기 RF 부는 상기 프로세서에 의해 선택된 편파를 이용하여 신호를 수신할 수 있다.

인접한 서브 섹터 간에 편파가 서로 다른 빔이 형성됨에 따라 성능 열화의 가장 큰 원인이 되는 빔 간 간섭을 현저하게 줄일 수 있다.

단말이 기지국으로부터 편파 선택 정보를 수신하기 때문에 서브 섹터 간 이동 시 효과적으로 편파를 선택할 수 있다.

단말이 서브 섹터들의 경계에 위치하는 경우 기지국으로부터 서로 다른 편파 신호를 수신함으로써 높은 전송률을 달성할 수 있다.

도 1은 종래 기지국의 셀 개념을 나타내는 도면이다.
도 2는 동일 채널에서 다중 빔 이용 시 기지국의 셀 개념을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 동일 채널에서 다중 빔 이용 시 기지국의 셀 개념을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 간의 셀 개념을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 단말이 서브 섹터 간 이동 시 단말과 기지국의 편파를 일치시키기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 7에 따른 단말이 서브 섹터 간 이동 시의 송수신 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9에 따른 단말이 서브 섹터 간 이동 시의 송수신 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 단말에게 높은 전송률을 제공하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 송수신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 송수신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국과 단말을 나타내는 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 동일 채널에서 다중 빔 이용 시 기지국의 셀 개념을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 간의 셀 개념을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 기지국의 셀은 도 3에 도시된 것과 같이 3개의 섹터로 구분될 수 있으며, 각각의 섹터는 MxN 개(여기서, M 및 N은 자연수)의 서브 섹터를 포함할 수 있다. 기지국은 적어도 하나의 안테나를 이용하여 각 서브 섹터마다 서로 다른 빔을 동시에 형성할 수 있다. 이때, 각 기지국 안테나의 이득 및 빔폭은 단말의 수, 지형, 장해물, 커버리지 영역 등의 다양한 요소들을 기반으로 결정될 수 있다. 일 예로, 기지국은 기지국으로부터 가까운 서브 섹터에는 적은 이득과 넓은 빔폭을 가지는 빔을 형성할 수 있고, 기지국으로부터 멀어질수록 높은 이득과 좁은 빔폭을 가지는 빔을 형성할 수 있다.

한편, 도 3에는 일 예로, 하나의 셀이 3개의 섹터로 구분되는 것으로 도시되어 있으나, 하나의 셀은 필요에 따라 하나 또는 두 개의 섹터로 구분되거나 4개 이상의 섹터로 구분될 수도 있다. 또한, 도 3에는 서브 섹터의 모양 및 크기가 정형적인 형태로 도시되어 있으나, 서브 섹터의 모양 및 크기는 지형, 장애물 등에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

기지국은 각각의 섹터에 동일한 주파수 대역(f1)을 할당할 수 있으며, 이 경우 셀 내의 단말은 동일 채널을 통해 기지국과 신호를 송수신한다. 이때, 기지국은 인접한 빔 간의 간섭을 최소화하기 위하여 인접한 서브 섹터 간에는 서로 다른 편파를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 서로 다른 편파는 교차 편파(cross polarization)일 수 있다. 도 3에는 일 예로 선형편파(linearly polarization)가 사용되는 경우 인접한 서브 섹터 간에 수직 편파(V: Vertically polarization)와 수평 편파(H: Horizontally polarization)가 사용되는 것이 도시되어 있지만, 원형편파(circular polarization)가 사용되는 경우 인접한 서브 섹터 간에는 각각 좌선회 타원 편파(left handed polarization) 및 우선회 타원 편파(right handed polarization)가 사용될 수 있다.

한편, 서로 다른 기지국이 인접하는 경우 각 기지국의 셀 간에는 중첩 영역이 존재할 수 있다. 이 경우 각 기지국은 도 4에 도시된 것과 같이 각 셀에 서로 다른 주파수 대역을 할당함으로써 셀 간의 간섭을 제거할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 단말이 서브 섹터 간 이동 시 단말과 기지국의 편파를 일치시키기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상술한 바와 같이 서브 섹터 간에 서로 다른 편파를 배치하면 인접한 빔 간의 간섭은 효과적으로 제거할 수 있다. 그러나 이 경우 도 5에 도시된 것과 같이 단말이 제1 서브 섹터에서 제3 서브 섹터로 이동하면, 단말은 현재 사용하고 있는 편파와는 서로 다른 편파가 사용되는 서브 섹터(제2 서브 섹터)를 통과하게 된다. 단말이 기지국과 정상적으로 데이터를 송수신하기 위해서는 단말과 기지국은 동일한 편파로 신호를 송수신해야 하며, 따라서 단말은 기지국과 편파를 일치시키기 위하여 서브 섹터 간 이동 시 즉, 제1 서브 섹터에서 제2 서브 섹터로 이동 시 및 제2 서브 섹터에서 제3 서브 섹터로 이동 시 편파를 바꾸어야 한다.

이를 위하여 일 예로, 단말은 기지국에 자신의 위치를 알리기 위해 주기적으로 하나 이상의 편파를 이용하여 신호를 송신할 수 있다. 기지국은 각 서브 섹터 안테나를 통해 단말로부터 송신된 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 신호들에 대한 수신신호세기(RSSI: Received Signal Strength Indication) 및 수집 가능한 정보를 체계화하고 이동방향 추정 알고리즘을 이용해 단말이 이동하는 방향을 알아낼 수 있다. 그리고, 단말이 서브 섹터의 경계에 도달하면 해당 단말로 편파를 유지할지 바꿀지 아니면 편파 다중화를 통해 두 개의 편파를 모두 수신할지에 대한 정보를 전송할 수 있다. 기지국으로부터 편파에 대한 정보를 수신한 단말은 기지국과 동일한 편파를 선택하거나 복수개의 수신을 원하는 편파를 선택할 수 있다.

구체적으로 도 6을 참조하면, 단말이 수직편파를 사용하는 서브 섹터의 중심에 위치하는 경우 수직편파 신호에 대한 RSSI는 크고 수평편파 신호에 대한 RSSI는 작다. 그러나, 단말이 서브 섹터의 경계로 이동하는 경우 수직편파의 신호에 대한 RSSI는 조금씩 작아지지만 수평편파 신호에 대한 RSSI는 빠르게 증가한다. 그리고 서브 섹터 간의 경계에서는 수평편파 신호와 수직편파 신호가 동일한 RSSI를 가지게 된다. 따라서, 기지국은 이와 같은 정보를 체계화하여 저장함으로써 현재 단말이 위치뿐만 아니라 단말의 이동 방향을 고려하여 빔을 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 구조를 나타내는 블록도이고, 도 8는 도 7에 따른 단말이 서브 섹터 간 이동 시의 송수신 방법을 나타내는 도면이다.

도 7에는 일 예로, 편파 선택 모듈(710, 710'), 송수신 모듈(720, 720') 및 베이스밴드 모듈(730, 730')을 포함하는 단말의 구조가 도시되어 있다. 편파 선택 모듈(710, 710')은 안테나를 통해 입/출력되는 신호를 선택하기 위한 것으로 서로 다른 편파 중 어느 하나만 선택할 수 있다. 송수신 모듈(720, 720')은 편파 선택 모듈(710, 710')에서 선택된 편파 신호를 송수신한다. 베이스밴드 모듈(730, 730')은 입력 신호를 기저대역 신호로 변환하는 기능을 수행한다.

단말은 두 개의 서로 다른 편파를 발생시킬 수 있는 안테나를 포함하는 경우 도 7(a)와 같이 하나의 안테나만을 포함하는 구조를 가질 수 있으며, 하나의 편파만을 발생시키는 편파 안테나를 포함하는 경우 도 7(b)와 같이 두 개의 편파 안테나를 포함하는 구조를 가질 수 있다.

도 7에 도시된 단말이 기지국과 신호를 송수신할 경우, 상기 단말은 도 8에 도시된 것과 같이 편파선택모듈(710, 710')을 이용하여 해당 편파 영역에서는 해당 편파로만 정보를 송수신한다. 이때, 상기 단말은 기지국이 상기 단말의 이동 방향을 추적할 수 있도록 주기적으로 두 개의 서로 다른 편파 신호를 송신할 수 있다. 단말은 서브 섹터의 경계에서 단말 자체적으로 서로 다른 편파에 대한 격리도를 이용해 편파를 변경할 수도 있지만, 이 경우 간섭이 제거되지 않는 문제가 발생할 수도 있다. 따라서, 보다 좋은 성능을 위해서 기지국은 상기 두 개의 서로 다른 편파 신호를 기초로 단말의 위치와 이동 방향을 추적하고 단말이 서브 섹터의 경계에 위치하는 경우 해당 단말이 선택할 편파에 대한 정보를 알려줄 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말의 구조를 나타내는 블록도이고, 도 10은 도 9에 따른 단말이 서브 섹터 간 이동 시의 송수신 방법을 나타내는 도면이다.

도 9에는 일 예로, 편파 선택 모듈(910, 910'), 제1 송수신 모듈(921, 921', 921''), 제2 송수신 모듈(922, 922', 922''), 편파 간섭 제거 모듈(930, 930', 930'') 및 베이스밴드 모듈(940, 940', 940'')을 포함하는 단말의 구조가 도시되어 있다.

편파 선택 모듈(910, 910')은 두 개의 서로 다른 편파 중 어느 하나만 선택하거나, 두 개의 서로 다른 편파 모두를 선택할 수 있다. 편파 선택 모듈(910, 910')에서 어느 하나의 편파가 선택되는 경우, 단말은 제1 송수신 모듈(921, 921', 921'') 또는 제2 송수신 모듈(922, 922', 922'')을 이용하여 선택된 편파로 신호를 송수신한다. 그러나, 편파 선택 모듈(910, 910')에서 두 개의 편파가 모두 선택되는 경우, 단말은 제1 송수신 모듈(921, 921', 921'')과 제2 송수신 모듈(922, 922', 922'')을 이용하여 두 개의 편파로 신호를 송수신할 수 있다. 이와 같이, 단말은 서브 섹터의 위치에 따라 어느 하나의 송수신 모듈을 선택적으로 이용함으로써 단일 편파로만 기지국과 통신하거나, 두 개의 송수신 모듈을 이용하여 두 개의 편파 신호를 동시에 송수신할 수 있다. 편파 간섭 제거 모듈(930)은 단말이 동시에 두 개의 편파 신호를 송수신하는 경우 XIPC(Cross Polarization Interference Cancellation) 알고리즘을 이용하여 편파 간의 간섭량을 줄일 수 있다. 베이스밴드 모듈(940)은 입력 신호를 기저대역 신호로 변환한다.

도 9(a)는 하나의 편파만을 발생시키는 편파 안테나 두 개를 포함하는 단말의 구조를 나타내고, 도 10(b)는 두 개의 서로 다른 편파를 발생시킬 수 있는 안테나를 포함하는 단말의 구조를 나타낸다. 도 10(c)는 편파 선택 모듈이 없는 구조로서 이 경우 단말은 두 개의 편파 안테나를 통해 항상 두 개를 편파 신호를 송수신할 수 있다.

도 9에 도시된 단말이 기지국과 신호를 송수신할 경우, 상기 단말은 도 10에 도시된 것과 같이 수직편파를 사용하는 서브 섹터의 중심에서는 수직편파만을 이용해 기지국과 통신할 수 있다. 이때에는 수평편파의 신호가 작기 때문에, 간섭이 적은 수직편파를 이용해 고차변조방식을 사용할 수 있다. 하지만 서브 섹터의 경계에 가까이 갈수록 수평편파의 신호는 커지게 되며 이는 단일 송수신기에서는 편파간섭으로 나타난다. 그러나, 도 9에 도시된 것과 같이 단말이 두 개의 송수신 모듈을 포함하는 경우 기지국은 인접 서브 섹터의 빔을 통해서도 데이터를 보냄으로써 편파 다중화를 적용할 수 있으며, 단말은 두 개의 서로 다른 편파로 데이터를 수신함으로써 서브 섹터 간의 경계에서 속도가 줄어드는 문제를 해결함과 동시에 서브 섹터 간의 경계에서 보다 높은 전송속도를 가질 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 단말에게 높은 전송률을 제공하는 방법을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 기지국은 적응형 빔포밍 또는 스위치 빔포밍을 통해 단말과 통신할 수 있다. 적응형 빔포밍은 실시간으로 사용자 수에 따라 디지털 또는 아날로그상의 가중치 팩터(weight factor)를 지정함으로써 원하는 빔을 형성하는 기술이다. 기지국은 적응형 빔포밍을 수행함으로써 기존의 빔에 비해 더 좁아진 빔폭을 바탕으로 각 사용자에게 하나씩의 빔을 할당하고 사용자가 이동하면 빔이 사용자를 따라 이동하도록 동작할 수 있다. 한편, 스위치 빔포밍은 미리 정의된 빔의 조합을 스위칭을 통해 원하는 부분에 신호를 전달하도록 하는 기술이다. 이 경우, 기지국은 고정된 빔 안에 단말이 들어올 경우 스위칭 동작에 의해 단말과 연결된다. 이때 단말에 형성되는 빔은 고정 빔이기 때문에 각 빔당 허용범위가 정해지는 특성이 있다.

따라서 기지국은 도 12에 도시된 것과 같이 특정 위치에 단말이 집중될 경우 적응형 빔포밍을 통해 인접한 서브 섹터의 빔을 단말이 많은 곳으로 이동시키고 두 개의 빔을 원하는 영역에 맞게 빔폭과 이득을 조절하여 형성함으로써 편파 다중화를 수행하여 전체 용량을 증대시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 송수신 방법을 나타내는 흐름도이다.

무선 통신 시스템에서 기지국은 인접한 빔이 서로 다른 편파를 가지도록 빔을 형성하고(1210) 형성된 빔을 이용하여 단말로 신호를 전송한다(1220). 이를 위하여 일 예로 기지국은 제1 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 제1 편파를 가지는 제1 빔을 형성하기 위한 제1 파라미터를 구성하고 제2 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 제2 편파를 가지는 제2 빔을 형성하기 위한 제2 파라미터를 구성할 수 있다. 여기서, 제2 서브 섹터는 기지국의 셀 내에서 제1 서브 섹터와 동일한 주파수 대역이 할당되고 제1 서브 섹터에 인접한 서브 섹터일 수 있다. 그리고, 제2 편파는 제1 편파의 교차 편파일 수 있다. 예를 들어, 선형편파가 사용되는 경우 제1 편파가 수직 편파이면 제2 편파는 수평 편파일 수 있다. 원형편파가 사용되는 경우 제1 편파가 좌선회 타원 편파이면 제2 편파는 우선회 타원 편파일 수 있다.

이후, 기지국은 구성된 제1 파라미터를 기반으로 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제1 빔을 형성하고 상기 구성된 제2 파라미터를 기반으로 상기 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제2 빔을 형성하여 각각의 단말로 신호를 전송할 수 있다. 이때, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔은 각각 상기 제1 서브 섹터 및 상기 제2 서브 섹터에 고정적으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말이 상기 제2 서브 섹터로 이동하는 경우 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 형성된 상기 제1 빔은 상기 제2 빔으로 스위칭될 수 있다.

한편, 기지국은 적어도 하나의 안테나를 통해 샐 내에 위치하는 각각의 단말로부터 서로 다른 편파 신호 즉, 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호를 각각 수신할 수 있다(1230). 상기 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호는 일 에로 각 단말로부터 주기적으로 기지국으로 전송될 수 있으며, 각 단말로부터 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호가 수신되면 기지국은 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 각 단말의 위치와 이동 방향을 추정하고(1240), 추정된 위치와 이동 방향을 기초로 각 단말에 대해 형성될 빔의 편파를 선택할 수 있다(1250). 일 예로, 각 단말의 이동 방향은 제1 편파 신호의 수신신호세기와 제2 편파 신호의 수신신호세기 간의 비교를 통해 추정될 수 있다.

각 단말에 대해 형성될 빔의 편파가 선택되면, 기지국은 각 단말로 해당 단말에 대해 선택된 편파에 대한 정보를 전송할 수 있다(1260). 일 예로, 상기 편파에 대한 정보는 특정 단말이 서브 섹터 또는 섹터 또는 셀 간의 경계에 도달하는 경우 해당 단말로 전송될 수 있으며 이 경우, 해당 단말은 수신된 편파에 대한 정보를 기초로 기지국과 동일한 편파를 선택하거나 복수개의 수신을 원하는 편파를 선택할 수 있다.

한편, 기지국은 단말의 위치와 이동 방향이 추정되면 추정된 위치와 이동 방향을 기초로 적응형 빔포밍을 통해 각 단말에 대해 형성된 빔을 이동시킬 수 있다. 또한, 기지국은 단말로부터 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호가 수신되면 각 편파 신호의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 측정하고, 상기 제1 편파 신호와 상기 제2 편파 신호의 신호대 잡음비가 기 설정된 신호대잡음비 이상인 경우 해당 단말에 대해 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 형성하여 편파 다중화를 수행할 수 있다. 또한, 제1 서브 섹터에 위치하는 단말의 수가 기 설정된 수 이상인 경우, 제2 빔을 상기 제1 서브 섹터에 형성하여 편파 다중화를 수행한 후 제1 빔과 상기 제2 빔을 이용하여 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말로 데이터를 전송할 수도 있다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 단말의 송수신 방법을 나타내는 흐름도이다.

단말은 특정 서브 섹터에서 기지국과 동일한 편파로 통신하는 중에 기지국에게 자신의 위치 및 이동 방향을 알리기 위하여 적어도 하나의 안테나를 이용하여 기지국으로 서로 다른 편파 신호 즉, 제1 편파 신호와 제2 편파 신호를 송신할 수 있다(1310). 이 경우, 기지국은 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 단말의 위치 및 이동 방향을 추정한 후 특정 편파를 선택하고 선택한 편파에 대한 정보를 단말로 전송할 수 있다. 여기서, 제2 편파 신호는 제1 편파 신호의 교차 편파 신호일 수 있다.

단말은 기지국으로부터 선택된 편파에 대한 정보를 수신하면(1320), 수신한 편파에 대한 정보를 기초로 데이터 수신을 위한 편파를 선택할 수 있다(1330). 일 예로, 단말은 수신한 편파에 대한 정보가 지시하는 편파를 선택하거나 제1 편파와 제2 편파 모두를 선택함으로써 두 개의 서로 다른 편파로 데이터를 수신할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국과 단말을 나타내는 블록도이다.

도 14를 참조하면, 기지국(1400)은 프로세서(processor, 1405), RF부(RF(radio frequency) unit, 1410) 및 메모리(memory, 1415)를 포함한다. 메모리(1415)는 프로세서(1405)와 연결되어, 프로세서(1405)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(1410)는 프로세서(1405)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 예를 들어, RF부(1410)는 단말(1450)로부터 본 명세서에서 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호 수신할 수 있다. 또한, RF부(1410)는 본 명세서에서 게시된 기지국에 의해 선택된 편파에 대한 정보를 단말(1450)로 전송할 수 있다.

프로세서(1405)는 도 12에 따른 모든 동작이 수행되도록 제어한다. 예를 들어, 프로세서(1405)는 본 발명의 실시예에 따라 다중 빔 형성을 제어하고, 단말의 위치 및 이동 방향을 추정하며, 각 단말에 대해 형성될 빔의 편파를 선택한다. 또한, 선택된 편파에 대한 정보를 생성하고 이 정보가 해당 단말로 전송되도록 한다.

메모리(1415)는 본 명세서에 따른 편파 신호에 대한 수신신호세기 정보, 단말의 위치 정보, 이동 방향 정보 등을 저장하고 프로세서(1405)의 요구에 따라 프로세서(14050)에게 상기 정보들을 제공할 수 있다.

한편, 단말(1450)은 RF부(1455), 프로세서(1460) 및 메모리(1465)를 포함한다. 메모리(1465)는 프로세서(1460)와 연결되어, 프로세서(1460)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(1455)는 프로세서(1460)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. RF부(1455)는 도 7 또는 도 9에 도시된 안테나 및 모듈들을 포함할 수 있다. 프로세서(1460)는 도 13 에 따른 모든 동작이 수행되도록 제어한다. 프로세서(1460)는 본 명세서에서 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호의 송신을 제어하며, 기지국(1400)으로부터 수신한 편파에 대한 정보를 기초로 편파를 선택하는 기능을 수행한다.

프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 모듈을 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

1. 무선 통신 시스템에서 기지국의 송신 방법에 있어서,
   제1 서브 섹터(sub-sector)에 위치하는 단말에 대해 제1 편파를 가지는 제1 빔(beam)을 형성하기 위한 제1 파라미터를 구성하고 제2 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 제2 편파를 가지는 제2 빔을 형성하기 위한 제2 파라미터를 구성하는 단계; 및
   상기 구성된 제1 파라미터를 기반으로 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제1 빔을 형성하고 상기 구성된 제2 파라미터를 기반으로 상기 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제2 빔을 형성하여 각각의 단말로 신호를 전송하는 단계를 포함하고,
   상기 제2 서브 섹터는,
   상기 기지국의 셀(cell) 내에서 상기 제1 서브 섹터와 동일한 주파수 대역이 할당되고 상기 제1 서브 섹터에 인접한 서브 섹터인 것을 특징으로 하는 송신 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 편파는,
   상기 제1 편파의 교차 편파(cross polarization)인 것을 특징으로 하는 송신 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 빔 및 상기 제2 빔은,
   각각 상기 제1 서브 섹터 및 상기 제2 서브 섹터에 고정적으로 형성되고, 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말이 상기 제2 서브 섹터로 이동하는 경우 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 형성된 상기 제1 빔은 상기 제2 빔으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전송하는 단계 이후에,
   상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 각각의 단말로부터 각각 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수신하는 단계 이후에,
   상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 상기 각각의 단말의 위치와 이동 방향을 추정하는 단계; 및
   상기 추정된 위치와 이동 방향을 기초로 상기 각각의 단말에 대해 형성될 빔의 편파를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 이동 방향은,
   상기 제1 편파 신호의 수신신호세기와 상기 제2 편파 신호의 수신신호세기 간의 비교를 통해 추정되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 선택하는 단계 이후에,
   상기 각각의 단말로 상기 선택된 편파에 대한 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 추정하는 단계 이후에,
   상기 추정된 위치와 이동 방향을 기초로 상기 각각의 단말에 대해 형성된 빔을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
9. 제4항에 있어서,
   상기 수신하는 단계 이후에,
   상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호의 신호대잡음비를 측정하는 단계; 및
   상기 제1 편파 신호와 상기 제2 편파 신호의 신호대 잡음비가 기 설정된 신호대잡음비 이상인 경우 해당 단말에 대해 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계에서,
    상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말의 수가 기 설정된 수 이상인 경우, 상기 제2 빔을 상기 제1 서브 섹터에 형성하고 상기 제1 빔과 상기 제2 빔을 이용하여 상기 제1 서브 섹터에 위치하는 단말로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 셀의 인접 셀에는,
    상기 주파수 대역과는 다른 주파수 대역이 할당되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
12. 무선 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    제1 서브 섹터(sub-sector)에 위치하는 단말에 대해 제1 편파를 가지는 제1 빔(beam)을 형성하기 위한 제1 파라미터(parameter)를 구성하고 제2 서브 섹터에 위치하는 단말에 대해 제2 편파를 가지는 제2 빔을 형성하기 위한 제2 파라미터를 구성하는 프로세서;
    상기 제1 파라미터와 상기 제2 파라미터를 저장하는 메모리; 및
    상기 제1 파라미터를 기반으로 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제1 빔을 형성하고 상기 제2 파라미터를 기반으로 상기 적어도 하나의 안테나를 이용하여 상기 제2 빔을 형성하여 각각의 단말로 신호를 전송하는 RF(Radio Frequency) 부를 포함하고,
    상기 제2 서브 섹터는,
    상기 기지국의 셀(cell) 내에서 상기 제1 서브 섹터와 동일한 주파수 대역이 할당되고 상기 제1 서브 섹터에 인접한 서브 섹터인 것을 특징으로 하는 기지국.
13. 제12항에 있어서,
    상기 RF 부는,
    상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 각각의 단말로부터 각각 제1 편파 신호 및 제2 편파 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 상기 각각의 단말의 위치와 이동 방향을 추정하고, 상기 추정된 위치와 이동 방향을 기초로 상기 각각의 단말에 대해 형성될 빔의 편파를 선택하는 것을 특징으로 하는 기지국.
15. 제14항에 있어서,
    상기 이동 방향은,
    상기 제1 편파 신호의 수신신호세기와 상기 제2 편파 신호의 수신신호세기 간의 비교를 통해 추정되는 것을 특징으로 하는 기지국.
16. 제14항에 있어서,
    상기 RF 부는,
    상기 각각의 단말로 상기 선택된 편파에 대한 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국.
17. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 편파 신호의 신호대잡음비 및 상기 제2 편파 신호의 신호대잡음비를 측정하고, 측정된 각각의 신호대잡음비가 기 설정된 신호대잡음비 이상인 경우 해당 단말에 대해 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 기지국.
18. 무선 통신 시스템에서 단말의 수신 방법에 있어서,
    적어도 하나의 안테나를 이용하여 기지국으로 제1 편파 신호와 제2 편파 신호를 송신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 선택된 편파에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 편파에 대한 정보를 기초로 데이터 수신을 위한 편파를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 편파를 이용하여 신호를 수신하는 단계를 포함하는 수신 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 편파 신호는,
    상기 제1 편파 신호의 교차 편파(cross polarization) 신호인 것을 특징으로 하는 수신 방법.
20. 무선 통신 시스템에서의 단말에 있어서,
    적어도 하나의 안테나를 이용하여 기지국으로 제1 편파 신호와 제2 편파 신호를 송신하고, 상기 기지국으로부터 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호를 기초로 선택된 편파에 대한 정보를 수신하는 RF(Radio Frequency) 부;
    상기 편파에 대한 정보를 저장하는 메모리; 및
    상기 편파에 대한 정보를 기초로 데이터 수신을 위한 편파를 선택하는 프로세서를 포함하고,
    상기 RF 부는,
    상기 프로세서에 의해 선택된 편파를 이용하여 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 단말.

Images