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KR101878211B1 - 무선 통신 시스템에서 다중 빔포밍 송수신기를 운용하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 다중 빔포밍 송수신기를 운용하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR101878211B1
KR101878211B1 KR1020110093845A KR20110093845A KR101878211B1 KR 101878211 B1 KR101878211 B1 KR 101878211B1 KR 1020110093845 A KR1020110093845 A KR 1020110093845A KR 20110093845 A KR20110093845 A KR 20110093845A KR 101878211 B1 KR101878211 B1 KR 101878211B1
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 다수의 전파 특성들을 지원하기 위한 것으로, 기지국의 동작은, 운용할 적어도 다수의 전파 특성들을 선택하는 과정과, 다수의 전파 특성들 각각을 위한 다수의 자원 구간들을 할당하는 과정과, 상기 자원 구간들 중 적어도 하나를 통해 해당 자원 구간에 대응되는 전파 특성을 가지는 참고 신호를 송신하는 과정과, 상기 다수의 전파 특성들 모두에 대한 채널 품질을 판단할 수 있는 피드백 정보를 수신하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 다중 빔포밍 송수신기를 운용하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING MULTIPLE BEAMFORMING TRANSCEIVER IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선 통신 시스템에서 서로 다른 특성을 가지는 다수의 빔포밍 송수신기들을 운용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
계속적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽(traffic) 수요를 충족시키기 위하여, 무선 통신 시스템은 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 방향으로 발전하고 있다. 현재 상용화가 시작되는 4G(4th Generation) 시스템은 데이터 전송률 증가를 위해 주로 주파수 효율성(spectral efficiency)을 개선하는 방향으로 기술 개발을 추구하였다. 그러나, 상기 주파수 효율성 개선 기술 만으로는 폭증하는 무선 데이터 트래픽 수요를 만족시키기 어렵게 되었다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방안으로서, 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 것이 있다. 현재 이동 통신 셀룰러(celluler) 시스템에서 사용되는 주파수 대역은 일반적으로 10GHz이하로서, 넓은 주파수 대역 확보가 매우 어렵다. 따라서, 더 높은 주파수 대역에서 광대역 주파수를 확보해야 할 필요성이 있다. 하지만, 무선 통신을 위한 동작 주파수 대역이 높아질수록 전파 경로 손실은 증가한다. 이로 인하여, 전파 도달거리는 상대적으로 짧아지며, 이에 따라 서비스 영역(coverage)이 감소한다. 이를 해결하기 위한, 다시 말해, 전파 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 중요 기술 중 하나로서, 빔포밍(beamforming) 기술이 있다.
상기 빔포밍은, 일반적으로, 다수의 안테나를 이용하여 전파의 도달 영역을 특정한 방향으로 집중시거나, 특정 방향에 대한 수신 감도의 지향성(directivity)를 증대시킨다. 이때, 다수의 안테나들이 집합된 형태는 안테나 어레이(antenna array), 어레이에 포함되어 있는 각 안테나는 어레이 엘레먼트(array element)라 지칭될 수 있다. 상기 안테나 어레이는 선형 어레이(linear array), 평면 어레이(planar array) 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상기 빔포밍을 사용하면 신호의 지향성 증대를 통해 전송 거리가 증가되고, 지향되는 방향 이외의 다른 방향으로는 신호가 거의 전송되지 아니하므로, 다른 신호에 의한 간섭이 크게 감소된다. 반면, 상기 빔포밍으로 인해 채널의 다중 경로 특성이 감소하므로, 송수신 다이버시티 지원에 어려움이 발생한다.
따라서, 상기 빔포밍을 적용함에 있어서, 통신 환경 및 채널의 특성을 고려하여 빔포밍의 수행 여부를 판단하거나, 또는, 빔포밍을 수행하더라도 적절한 형태의 빔포밍을 수행하는 것이 바람직하다. 이에, 무선 통신 시스템에서 서로 다른 전파 특성(wave characteristics)들을 가지는 빔포밍 방식들을 지원하고, 이를 운용하기 위한 대안이 제시되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 서로 다른 전파 특성들을 지원하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 최적의 전파 특성을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 운용되는 전파 특성에 대한 정보를 전달하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 최적의 전파 특성을 선택하기 위해 필요한 피드백 정보를 전달하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 운용할 적어도 다수의 전파 특성들을 선택하는 과정과, 다수의 전파 특성들 각각을 위한 다수의 자원 구간들을 할당하는 과정과, 상기 자원 구간들 중 적어도 하나를 통해 해당 자원 구간에 대응되는 전파 특성을 가지는 참고 신호를 송신하는 과정과, 상기 다수의 전파 특성들 모두에 대한 채널 품질을 판단할 수 있는 피드백 정보를 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 기지국으로부터 시스템 정보를 수신하는 과정과, 상기 시스템 정보를 통해 다수의 전파 특성들 각각을 위한 다수의 자원 구간들의 할당을 확인하는 과정과, 상기 자원 구간들 중 적어도 하나를 통해 해당 자원 구간에 대응되는 전파 특성을 가지는 참고 신호를 검출하는 과정과, 상기 다수의 전파 특성들 모두에 대한 채널 품질을 판단할 수 있는 피드백 정보를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국 장치는, 운용할 적어도 다수의 전파 특성들을 선택하고, 다수의 전파 특성들 각각을 위한 다수의 자원 구간들을 할당하는 제어부와, 상기 자원 구간들 중 적어도 하나를 통해 해당 자원 구간에 대응되는 전파 특성을 가지는 참고 신호를 송신하고, 상기 다수의 전파 특성들 모두에 대한 채널 품질을 판단할 수 있는 피드백 정보를 수신하는 모뎀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말 장치는, 기지국으로부터 시스템 정보를 수신하는 모뎀과, 상기 시스템 정보를 통해 다수의 전파 특성들 각각을 위한 다수의 자원 구간들의 할당을 확인하는 제어부를 포함하며, 상기 모뎀은, 상기 자원 구간들 중 적어도 하나를 통해 해당 자원 구간에 대응되는 전파 특성을 가지는 참고 신호를 검출하고, 상기 다수의 전파 특성들 모두에 대한 채널 품질을 판단할 수 있는 피드백 정보를 송신하는 것을 특징으로 한다.
빔포밍을 기반으로 동작하는 무선 통신 시스템에서, 다양한 전파 특성을 가지는 신호를 활용함으로써, 시스템이 운용하는 채널 별 특징에 적합한 전파 특성을 갖는 신호 전송 및 기지국 및 단말의 링크/채널의 특징에 적합한 전파 특성을 갖는 신호 전송이 가능해진다. 이에 따라, 채널별 최적화된 신호 전송을 통해 오버헤드를 줄이고, 데이터 채널의 경우 전송효율을 최고로 증대시킴으로써 전체 시스템 성능이 향상될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 무선 통신 시스템에서 빔 폭이 다른 빔 패턴들의 예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터의 특성에 따른 빔 폭의 활용 예를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 셀 특성에 따른 빔 폭의 활용 예를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 편파 특성의 활용 예를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 참고 신호 및 채널 정보 피드백의 예들을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 참고 신호 및 채널 정보 피드백의 예들을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 무선 통신 시스템에서 서로 다른 전파 특성들을 가지는 빔포밍 방식들을 지원하기 위한 기술에 대해 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템은 빔포밍을 기반으로 동작하며,전송 신호의 목적 및 활용도에 따라 전파 특성을 달리한다. 이에 더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템은 링크(link) 특성에 따라 다른 전파 특성을 적용할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 서로 다른 전파 특성들을 운용하기 위해 필요한 정보, 상기 정보를 기반으로 다른 전파 특성을 선택하는 절차, 다른 전파 특성이 공존하는 신호들을 송신하는 기지국의 동작 및 구성, 다른 전파 특성이 공존하는 신호를 수신하는 단말의 동작 및 구성에 대해 기술한다.
본 발명에서 고려하는 전파 특성은 안테나에서 송수신되는 신호의 특성을 의미한다. 예를 들어, 상기 전파 특성은 파(wave)의 물리적인 특성, 송수신 안테나 구조에 따른 특성 등을 포함한다. 구체적으로, 상기 파의 물리적인 특성은 편파(polarized wave, polarization) 특성, 파의 크기(=세기) 등을 의미하며, 상기 송수신 안테나 구조에 따라 달라지는 전파 특성은 빔 패턴(beam pattern) 등을 의미한다. 상기 편파 특성은 전파의 진행 방향 및 발생되는 전기장의 형상에 따라 선형 편파(linearly polarized wave) 및 원형 편파(circular polarization)로 크게 나뉜다.
상기 전파 특성에 따라 신호의 특징이 달라진다. 따라서, 시스템은 목적에 따라 다른 전파 특성을 갖는 신호를 이용할 수 있다. 예를 들어, 송수신 안테나 구조의 변화에 따라 달라지는 전파 특성 가운데 하나인 상기 빔 패턴의 경우, 넓은 빔 폭(beam width)을 갖는 경우 및 좁은 빔 폭을 갖는 경우는 서로 다른 채널 전달(channel propagation) 효과를 갖는다. 도 1a 및 도 1b는 무선 통신 시스템에서 빔 폭이 다른 빔 패턴들의 예를 도시하고 있다. 상기 도 1a은 넓은 빔 폭의 빔 패턴을, 상기 도 1b는 좁은 빔 폭의 빔 패턴을 도시한다.
빔 폭에 따른 전파 특성은 다음과 같다. 상기 넓은 빔 폭의 경우, 안테나에서 방사된 신호가 공간적으로 넓은 채널을 겪는다. 극단적으로 넓은 빔 폭의 한 예는 전 방향에 대해 고르게 방사되는 등방성(isotrophic) 패턴이다. 종래의 이동 통신 시스템에서 사용되는 기지국의 섹터 안테나의 경우, 섹터 안테나를 중심으로 하나의 섹터에 해당하는 각도의 범위를 모두 커버(cover)하는 패턴의 빔이 사용된다.
상기 넓은 빔 폭의 신호의 경우, 안테나에서 방사되는 신호의 에너지를 공간적으로 집중시키는 효과가 적기 때문에, 안테나 이득(antenna gain)이 상대적으로 크지 않다. 하지만, 공간적으로 넓은 채널을 통한 신호의 전파(propagation)는 송신 안테나 및 수신 안테나 간 서로 독립적인 신호 경로(path)들의 발생 확률을 크게 하는 특징을 갖는다.
반면, 상기 좁은 빔 폭의 경우, 안테나에서 방사된 신호가 공간적으로 좁은 채널을 겪는다. 이 경우, 방사되는 신호의 에너지를 공간적으로 집중시키는 효과가 크기 때문에 안테나 이득이 상대적으로 크다. 하지만, 좁은 공간의 채널을 통한 신호의 전달은 송신 안테나 및 수신 안테나 간 서로 독립적인 신호 경로들의 발생 확률을 작게 하는 특징을 갖는다.
이하 본 발명은 서로 다른 전파 특성들에 대한 활용 예들을 설명한다.
서로 다른 빔 폭의 특성은 다음과 같이 활용될 수 있다. 시스템이 넓은 빔 폭만을 지원하는 경우, 안테나 이득이 낮으므로 인해 초고주파 대역에서의 큰 경로 손실에 대한 보상 능력이 크게 저하된다. 이에 따라, 셀 영역의 크기가 크게 줄어드는 단점이 있다. 반면, 시스템이 좁은 빔 폭만을 지원하는 경우, 점대점(point-to-point)의 링크 채널 성능은 향상되나, 점대다(point-to-multipoint) 전송을 요구하는 방송 정보, 참고 신호(reference signal) 등의 제어 정보 송신에 대한 효율성이 낮고, 오버헤드(overhead)가 증가하는 단점이 있다. 따라서, 시스템은 송신되는 신호의 목적, 특성에 따라 서로 다른 빔 폭의 신호를 사용하는 것이 효율적이다.
예를 들어, 하기 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 단말로 유니캐스트(unicast)되는 신호는 좁은 빔으로, 다수의 단말들로 브로트캐스팅(broadcasting) 또는 멀티캐스팅(multicasting)되는 신호는 넓은 빔으로 빔포밍될 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터의 특성에 따른 빔 폭의 활용 예를 도시하고 있다. 상기 도 2를 참고하면, 기지국(210)은 단말A(221)에 대하여 유니캐스트 데이터를, 단말A(221), 단말B(222), 단말C(223)에 대하여 멀티캐스트 데이터 또는 브로드캐스트 데이터를 송신한다. 이때, 상기 기지국(210)은 상기 단말A(221)로의 유니캐스트 데이터를 송신하기 위해 좁은 빔 폭의 신호(231)를 형성하고, 상기 멀티캐스트 데이터 또는 상기 브로드캐스트 데이터를를 송신하기 위해 넓은 빔 폭의 신호(232)를 형성한다. 단, 상기 멀티캐스트 데이터 또는 상기 브로드캐스트 데이터라도, 상기 단말A(221), 상기 단말B(222), 사익 단말C(223)가 좁은 지역이 집중하여 위치한 경우, 상기 기지국(210)은 좁은 빔 폭의 신호를 형성할 수 있다.
또한, 서로 다른 빔 폭의 특성은 다음과 같이 활용될 수 있다. 실외 매크로(macro) 기지국 및 실내 펨토(femto) 기지국은 필요로 하는 빔 폭 특성이 다를 수 있다. 상기 매크로 기지국은 상대적으로 개방된 넓은 크기를 가지는 셀 내에서 서비스를 제공한다. 따라서, 상기 셀 내에서, 건물 등과 같은 구조물로 인해 전파 음영 지역이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 매크로 기지국은 셀 크기, 단말과의 거리, 단말의 채널 상황 등을 고려하여 좁은 빔 폭의 전파 특성을 활용할 수 있다. 상기 펨토 기지국은 집, 사무실 등 상기 매크로 기지국의 전파 음영 지역에 설치되는 소형 기지국으로서, 매크로 셀에 비하여 매우 좁은 공간에 대하여만 서비스를 제공한다. 따라서, 상기 펨토 기지국은 넓은 빔 폭의 전파 특성을 갖는 신호로도 셀 영역이 확보될 수 있으므로, 좁은 빔 폭의 신호를 사용함으로서 오버헤드를 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 이하 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 특성에 따라 서로 다른 빔 폭이 사용될 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 셀 특성에 따른 빔 폭의 활용 예를 도시하고 있다. 상기 도 3을 참고하면, 매크로 기지국(311)은 좁은 빔(331)을, 펨토 기지국(312)는 넓은 빔(332)를 사용한다.
나아가, 넓은 빔 폭을 사용해도 링크 품질이 양호한 환경, 예를 들어, 기지국 및 단말의 거리가 멀지 않은 환경, 구체적으로, 상기 펨토 기지국과 같은 경우, 기지국은 보다 넓은 빔 폭을 가지는 신호를 이용하여 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 전송을 지원할 수 있다. 이를 위해, 상기 기지국은 사용자로부터의 정보, 예를 들어, 채널 품질, 선호하는 MIMO 전송 기법 등을 피드백받고, 피드백된 정보에 따라 데이터 전송 방식을 결정하고, 결정된 데이터 전송 방식에 적합한 전파 특성을 결정한 후, 신호를 송수신할 수 있다. 이 경우, 전체 자원을 나누어 서로 다른 전파 특성들이 적용되는 구간들을 설정하는 것이 바람직하며, 구간의 할당에 대한 정보를 단말에게 알려주는 것이 바람직하다.
서로 다른 편파 특성은 다음과 같이 활용될 수 있다. 편파는 전파를 방사하는 안테나 종류에 의해 결정된다. 시스템은 상기 편파가 가지는 성질을 적극적으로 활용함으로써 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 편파 특성을 가지는 신호들은 수신 시 상호 간 간섭이 작아진다는 성질이 이용될 수 있다. 상기 편파 특성은 기지국 및 단말 간 채널이 LoS(Line of Sight)인 경우에 가장 크게 영향을 준다. 따라서, LoS 채널 환경에 있는 단말에 대하여, 상기 기지국은 다른 단말들로의 신호의 편파 특성과 다른 편파 특성을 가지는 신호를 송신할 수 있다.
예를 들어, 이하 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 다른 편파 특성을 가지는 신호들이 각 단말로 송신될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 편파 특성의 활용 예를 도시하고 있다. 상기 도 4를 참고하면, 기지국(410)은 단말A(421)에 대하여 원형 편파의 신호(431)를, 단말B(422)에 대하여 선형 편파의 신호(432)를 송신한다. 이를 위해, 상기 기지국(410)은 원형 편파를 발생시키는 제1안테나 및 선형 편파를 발생시키는 제2안테나를 구비할 수 있다. 상기 편파 특성이 다르면 상호 간섭이 작다는 성질을 보다 적극적으로 이용하여, 상기 기지국(410)은 서로 다른 편파 특성을 가지는 신호들(431, 432)을 동일한 자원(예 : 주파수 자원, 시간 자원)을 통해 송신할 수 있다. 이 경우, 자원 사용의 효율성이 증가하므로, 시스템 용량의 증대가 기대된다.
상기 편파 특성을 이용하는 방안은 전파 경로의 수가 적을수록 유리하므로, 좁은 빔 폭의 신호가 사용되는 환경에 적합하다. 단, 사용자별로 전파 경로 특성의 차이가 있으므로, 기지국은 편파 특성을 적용할 사용자를 선택해야 하고, 상기 사용자를 선택함에 있어서 사용자로부터의 채널 정보 등을 피드백받아야 한다. 또한, 상술한 바와 같이 편파 특성을 활용할 경우, 상기 기지국은 해당 단말에게 적용되는 편파 특성을 상기 단말에게 알려주어야 할 것이다.
상술한 바와 같은 전파 특성의 활용 예들에 따라, 다음과 같은 시스템 운용이 가능하다.
기지국은 다수의 빔 패턴들을 지원하고, 상기 기지국은 제어 채널 및 데이터 채널을 구분하여 특정 빔 패턴을 적용한다. 이를 위해, 상기 기지국은 다수의 빔 패턴들을 발생시킬 수 있는 능력을 가진다. 예를 들어, 다수의 안테나 소자로 구성되는 어레이 안테나를 사용할 경우, 기지국은 신호 방사에 사용되는 소자의 개수를 통해 빔 폭을 조절할 수 있다. 좁은 폭의 빔을 형성하고자 하는 경우, 상기 기지국은 모든 안테나 소자들을 통해 신호를 방사한다. 이때, 빔 패턴 메인 로브(main lobe)의 안테나 이득은 상대적으로 커지므로, 신호가 채널을 통하여 수신단에 도착할 때 상대적으로 큰 전력을 가질 수 있다. 따라서, 링크의 수신 신호 세기가 커진다. 반면, 넓은 폭의 빔을 형성하고자 하는 경우, 상기 기지국은 상기 안테나 소자들 중 일부만을 통해 신호를 방사한다. 이때, 빔 패턴의 메인 로브에 대한 안테나 이득은 상대적으로 작아지므로, 링크의 수신 신호 세기는 작아진다. 다른 예로, 기지국은 각 안테나 요소에서 조절되는 신호의 위상 및 크기를 이용하여 빔 폭을 조절할 수 있다. 또 다른 예로, 기지국은 기저대역(baseband)의 디지털 프리코더(precoder) 및 RF(Radio Frequency)단의 아날로그 빔포머(beamformer)를 함께 사용하여 빔 패턴 및 빔 폭을 조절할 수 있다.
좁은 빔 폭을 갖는 빔 패턴은 공간적으로 좁은 지역으로만 신호가 유효하게 전달되므로, 다수 단말들이 동시에 수신하는 경우에는 적합하지 아니하다. 반면, 넓은 빔 폭을 갖는 빔 패턴은 공간적으로 넓은 지역으로 신호가 유효하게 전달되므로, 다수 단말들이 동시에 수신하는 경우에 적합하다. 따라서, 넓은 지역에 분산된 다수의 단말들로 송신되는 신호는 넓은 빔 폭을 갖는 빔 패턴으로 전송되고, 좁은 지역에 위치하는 소수 또는 하나의 단말로 전송되는 신호는 좁은 빔 폭을 갖는 빔 패턴으로 전송되는 것이 바람직하다.
따라서, 채널을 점대점(point-to-point) 통신을 위한 것인지 여부를 기준으로 빔 패턴이 달리 적용될 수 있다. 즉, 시스템은 점대점 통신을 위한 채널에서 좁은 빔 폭의 빔 패턴을 적용하고, 상기 점대점 통신이 아닌 점대다(point-to-multipoint) 통신 또는 브로드캐스팅을 위한 채널에서 넓은 빔 폭의 빔 패턴을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 점대점 통신을 위한 채널은 유니캐스트되는 데이터 채널, 유니캐스트되는 제어 채널 등을 포함한다. 상기 점대다 또는 브로드캐스팅을 위한 채널은 다수의 단말들로 송신되는 시스템 정보를 전달하는 채널, 단말의 시간/주파수 동기 획득을 위한 동기 채널, 시스템 내의 단말들로 방송되는 정보를 위한 방송 채널 등을 포함한다.
또한, 기지국은 단말이 처한 상황에 따라 빔 패턴을 변화시킬 수 있다. 빔 패턴이 변경되는 경우의 예는 다음과 같다.
예를 들어, 단말이 기지국으로부터 떨어진 거리에서 좁은 빔 폭을 갖는 빔 패턴을 이용하여 데이터 채널을 수신하는 도중, 상기 단말이 상기 기지국에 점차 근접함으로 인해 경로 손실 값이 감소하는 경우, 기지국은 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 레벨을 높임으로써 전송 효율을 증대시키고 시스템 성능을 향상시킨다. 하지만, 하나의 스트림에 대한 AMC의 최대 효율은 그 변조 차수(modulation order) 및 부호화율(coding rate)에 의해 정해진다. 따라서, 최대 AMC 전송 효율을 초과할 만큼 경로 손실이 작아질 경우, 상기 단말은 사용중인 빔 폭보다 넓은 빔 폭을 가지는 빔 패턴의 적용을 요청하거나, 또는, 현재의 상황을 상기 기지국에 알림으로써 상기 기지국이 더 넓은 빔 폭의 빔 패턴을 적용하도록 유도할 수 있다.
다른 예로, 단말이 좁은 빔 폭을 갖는 빔 패턴을 통하여 데이터 채널을 수신하는 도중, 장애물로 인해 신호 경로가 차단됨으로써 수신 전력이 급격히 저하되는 경우, 상기 단말은 동일한 다른 방향을 향하는 송신 빔으로의 변경을 요청할 수 있다. 하지만, 다른 방향을 향하는 송신 빔에 대한 경로 손실이 역시 장애물로 인하여 만족스럽지 못할 경우, 상기 단말은 넓은 빔 폭을 갖는 빔 패턴의 적용을 요청하거나, 또는, 현재의 상황을 상기 기지국에 알림으로써 상기 기지국이 더 넓은 빔 폭의 빔 패턴을 적용하도록 유도할 수 있다.
상술한 바와 같이, 시스템은 채널 종류, 단말의 상황, 통신 환경 등에 따라 최적의 빔 패턴을 적용함으로써 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 서로 다른 빔 패턴들을 이용하여 시스템을 운용할 경우, 빔 패턴에 따라 변하는 자원의 사용 방법 및 사용 양을 단말이 우선적으로 파악하게 함으로써 원활한 통신을 수행하기 위해, 기지국은 운용하는 빔 패턴에 관련된 정보를 단말들로 제공해야한다.
기지국에서 제공하는 빔 패턴에 관한 정보의 예는 다음과 같다. 좁은 빔 폭의 정도를 달리함에 따라, 셀 내에 모든 지역을 커버하기 위한 참고 신호의 전송 횟수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 셀 내의 방위각을 360도로 표현할 경우, 빔 폭이 10도인 빔 패턴의 특성을 갖는 전파를 사용하는 경우, 서로 다른 방향으로 최소 36회의 참고 신호 전송이 요구된다. 다른 예로, 셀이 3개의 섹터로 구분되고 하나의 섹터가 120도의 방위각을 가지는 경우, 하나의 섹터 내에서 최소 12회의 참고 신호 전송이 요구된다. 또 다른 예로, 빔 폭이 30도인 빔 패턴의 특성을 갖는 전파를 사용하는 경우, 360도의 셀의 경우 최소 12회, 120도의 섹터의 경우 최소 4회의 참고 신호 전송이 요구된다. 즉, 빔 폭에 의해 참고 신호 전송의 횟수가 달라지며, 이에 따라, 상기 참고 신호 전송을 위해 필요한 자원의 양이 달라진다. 따라서, 상기 참고 신호의 전송 횟수를 알리는 정보가 단말로 제공되어야 한다. 여기서, 상기 참고 신호는 '동기 신호', '프리앰블(preamble)', '미드앰블(midamble)', '파일럿(pilot) 신호' 등으로 지칭될 수 있다.
기지국에서 제공하는 빔 패턴에 관한 정보의 다른 예는 다음과 같다. 단말은 기지국의 신호에 대한 경로 손실을 추정해야 한다. 상기 경로 손실은 기지국에서의 송신 전력 및 단말에서의 수신 전력의 차이이며, 상기 기지국에서의 송신 전력은 송신 안테나 이득에 따라 달라질 수 있다. 빔 폭이 달라지는 경우, 메인 로브(main lobe)에 대한 최대 안테나 이득이 달라진다. 즉, 단말의 입장에 있어서, 기지국이 사용하는 빔 패턴에 따라 빔 폭이 달라짐은 최대 송신 안테나 이득이 달라지는 것을 의미하고, 동시에, 송신 방사 전력(EIRP : Effective Isotropic Radiated Power)이 달라짐을 의미한다. 따라서, 상기 기지국에서 지원되는 빔 패턴들 각각에 대한 송신 전력 값, 또는, 상기 송신 전력 값을 계산할 수 있는 관련 정보가 단말로 제공되어야 한다. 예를 들어, 상기 관련 정보는 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득, 안테나 이득 외 기지국 송신 전력 등을 포함할 수 있다.
기지국에서 제공하는 빔 패턴에 관한 정보의 또 다른 예는 다음과 같다. 데이터 전송을 위한 자원을 할당하고, 할당된 자원마다 다른 빔 패턴을 적용하는 경우, 기지국은 빔 패턴에 대한 정보 외에 자원 할당에 대한 정보를 단말에게 제공한다. 예를 들어, 시간 자원 구간을 제1구간 및 제2구간으로 나누고, 상기 제1구간에 넓은 빔 폭의 빔 패턴을, 상기 제2구간에서 좁은 빔 폭의 빔 패턴을 사용할 경우, 상기 기지국은 상기 제1구간 및 상기 제2구간의 위치 등을 단말들로 알리고, 상기 단말말들은 각 자원 구간을 파악한 후, 원활하게 통신을 수행할 수 있다.
정리하면, 상기 기지국이 제공하는 빔 패턴 관련 정보는 참고 신호의 전송 횟수를 알리는 정보, 상기 참고 신호의 전송 횟수를 계산할 수 있는 관련 정보, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 상기 빔 패턴 별 송신 전력 값을 계산할 수 있는 관련 정보, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득, 적용되는 빔 패턴에 따른 자원 할당 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유니캐스트 채널에서 시스템이 다수의 빔 패턴들을 운용하는 경우, 기지국은 최적의 빔 패턴을 결정하기 위해 단말로부터 관련된 정보를 피드백받아야 한다.
기본적으로, 시스템과 단말의 링크의 수준을 나타내는 CQI(channel quality index) 외에 다음과 같은 항목들이 더 포함될 수 있다. 단말이 기지국으로부터 충분히 가까운 거리에 위치하여 경로 손실이 매우 적은 경우, 좁은 빔 폭을 사용한 링크 수신 전력 향상이 불필요하다. 넓은 채널 전파 환경에서 가능한 MIMO 전송이 적합할 경우, 상기 단말에 대한 유니캐스트 채널은 넓은 빔 폭을 사용한 자원 구간에 속할 수 있다. 따라서, 상기 단말은 각 빔 폭의 빔 패턴별 경로 손실 값을 기지국으로 알려줄 필요가 있다. 또한, 기지국에서 최적의 빔 패턴을 결정하기 위해, 상기 단말은 시스템에서 운용 중인 다수의 빔 패턴들 중 선호하는 빔 패턴, 빔 방향 등을 피드백할 수 있다.
정리하면, 단말의 피드백 정보는 CQI, 빔 패턴 별 경로 손실, 선호하는 빔 패턴, 선호하는 빔 방향, 빔 패턴 혹은 빔 방향 별 CQI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 단말은 CQI를 피드백할 수 있다. 상기 CQI는 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio), SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), SNR(Signal to Noise Ratio) 등을 의미하는 것으로, 신호의 수신 세기와 관련된다. 따라서, 빔 패턴에 다르면 CQI도 달라지므로, 기지국은 빔 패턴 별 CQI 정보를 획득해야 한다.
본 발명의 실시 예에 따라, 단말은 모든 빔 패턴들에 대한 CQI들을 측정하고, 각 빔 패턴에 대한 CQI들을 모두 피드백할 수 있다. 이 경우, CQI 측정을 위한 참고 신호의 구조는 이하 도 5와 같을 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 참고 신호 및 채널 정보 피드백의 예들을 도시하고 있다.
상기 도 5를 참고하면, 프레임은 하향링크 구간(510) 및 상향링크 구간(520)으로 나뉜다. 상기 도 5에서, 상기 하향링크 구간(510) 및 상기 상향링크 구간(520)은 시간축에서 구분되어 있으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 하향링크 구간(510) 및 상기 상향링크 구간(520)은 주파수축에서 구분될 수 있다. 상기 도 5는 빔 패턴에 따라 3개의 존(zone)들이 정의된 경우를 가정한다. 예를 들어, 존A(511)은 전 방향에 대해 고르게 방사되는 등방성 빔 패턴이 적용되는 자원 구간이고, 존B(512)는 넓은 빔 폭의 빔 패턴이 적용되는 자원 구간이고, 존C(513)는 좁은 빔 폭의 빔 패턴이 적용되는 자원 구간일 수 있다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 존A(511), 상기 존B(512), 상기 존C(513)은 모두 참고 신호 구간(517)을 포함한다. 기지국은 상기 참고 신호 구간(517)을 통해 해당 존의 빔 패턴으로 빔포밍된 적어도 하나의 참고 신호를 송신한다. 이때, 송신되는 참고 신호의 개수는 빔 폭에 따라 결정될 수 있으며, 빔 폭이 좁을수록 많은 개수의 참고 신호들이 송신될 수 있다. 이에 따라, 단말은 상기 존들(511, 512, 513) 각각의 참고 신호 구간(517)을 통해 수신되는 참고 신호를 이용하여 각 빔 패턴에 대한 CQI를 측정한다. 이때, 상기 단말은 상기 기지국으로부터 제공되는 정보를 통해 상기 존들(511, 512, 513) 각각의 위치, 각 존에서의 참고 신호 전송 횟수 등을 인지한다. 그리고, 상기 상향링크 구간(520)에서, 상기 단말은 피드백 채널(525)을 통해 존 별 CQI 정보를 피드백한다.
상기 도 5를 참고하여 설명한 실시 예는 모든 빔 패턴들에 대한 CQI들의 측정을 위해 각 빔 패턴을 적용한 참고 신호들이 송신된다. 따라서, 참고 신호로 인한 오버헤드 및 CQI 정보의 오버헤드가 크다. 따라서, 이하 도 6과 같이, 상기 오버헤드를 감소시키기 위하여 일부 빔 패턴을 위한 참고 신호만이 송신될 수 있다. 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 참고 신호 및 채널 정보 피드백의 예들을 도시하고 있다.
상기 도 6을 참고하면, 프레임은 하향링크 구간(610) 및 상향링크 구간(620)으로 나뉜다. 상기 도 6에서, 상기 하향링크 구간(610) 및 상기 상향링크 구간(620)은 시간축에서 구분되어 있으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 하향링크 구간(610) 및 상기 상향링크 구간(620)은 주파수축에서 구분될 수 있다. 상기 도 6은 빔 패턴에 따라 3개의 존들이 정의된 경우를 가정한다. 예를 들어, 존A(611)은 전 방향에 대해 고르게 방사되는 등방성 빔 패턴이 적용되는 자원 구간이고, 존B(612)는 넓은 빔 폭의 빔 패턴이 적용되는 자원 구간이고, 존C(613)는 좁은 빔 폭의 빔 패턴이 적용되는 자원 구간일 수 있다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 존A(611), 상기 존B(612), 상기 존C(613)은 중 상기 존A(611)만이 참고 신호 구간(617)을 포함한다. 기지국은 상기 참고 신호 구간(617)을 통해 해당 존의 빔 패턴으로 빔포밍된 적어도 하나의 참고 신호를 송신한다. 이에 따라, 단말은 상기 존A(611)의 참고 신호 구간(617)을 통해 수신되는 참고 신호를 이용하여 상기 존A(611)에 적용되는 빔 패턴에 대한 CQI를 측정한다. 이때, 상기 단말은 상기 기지국으로부터 제공되는 정보를 통해 상기 존들(611, 612, 613) 각각의 위치, 참고 신호 전송 횟수 등을 인지한다. 그리고, 상기 상향링크 구간(620)에서, 상기 단말은 피드백 채널(625)을 통해 상기 존A(611)에 대한 CQI 정보를 피드백한다.
상기 존A(611)에 대한 CQI 정보만이 피드백되므로, 상기 기지국은 상기 존B(612) 및 상기 존C(613)에 적용되는 빔 패턴에 대한 CQI를 알 수 없다. 따라서, 상기 단말은 상기 기지국이 상기 존B(612) 및 상기 존C(613)에 적용되는 빔 패턴에 대한 CQI를 계산할 수 있도록, 상기 존들(611, 612, 613) 각각에서의 하향링크 간섭을 측정하고, 존 별 간섭량 관련 정보를 상기 피드백 채널(625)을 통해 제공한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 존B(612) 및 상기 존C(613)에서 데이터 심벌의 등화(equalization)를 위해 송신되는 파일럿(pilot) 심벌을 이용하여 상기 간섭을 측정할 수 있다. 여기서 상기 간섭은 NI(Noise and Interference), IoT(Inteference over Thermal) 등으로 지칭될 수 있다. 이에 따라, 상기 기지국은 상기 존A(611)에 대한 CQI 및 상기 존 별 간섭량을 이용하여 각 존의 CQI를 산출한다.
예를 들어, 상기 각 존의 CQI를 산출하는 과정은 다음과 같다. CQI는 원하는(desired) 신호 대비 잡음 및 간섭의 비율이므로, 간섭량을 알 수 있으면 원하는 신호의 크기를 산출할 수 있다. 즉, 상기 존A(611)에 대한 CQI 및 상기 존A(611)에 대한 간섭량을 이용하여 상기 존A(611)에 적용된 빔 패턴에 대한 원하는 신호의 크기를 산출할 수 있다. 그리고, 상기 기지국은 빔 패턴들 간 이득(gain)의 차이를 알고 있으므로, 상기 기지국은, 상기 이득의 차이를 고려하여, 상기 존A(611)에 적용된 빔 패턴에 대한 원하는 신호의 크기로부터 상기 존B(612) 및 상기 존C(613)에 적용된 빔 패턴에 대한 원하는 신호의 크기를 산출할 수 있다. 이에 따라, 상기 기지국은 상기 존B(612) 및 상기 존C(613)에 적용된 빔 패턴에 대한 원하는 신호의 크기 및 간섭량을 모두 알게 되므로, 상기 존B(612) 및 상기 존C(613)에 대한 CQI를 산출할 수 있다.
상기 도 6에서, 상기 존A(611)에 대한 CQI 정보 및 상기 존 별 간섭량은 상기 피드백 채널(625)를 통해 송신된다. 상기 도 6에 표현되지 아니하였으나, 상기 CQI 정보 및 상기 존 별 간섭량은 서로 다른 시간 간격으로 피드백될 수 있다. 예를 들어, 상기 존 별 간섭량은 상기 CQI 정보에 비하여 긴 주기로 피드백될 수 있다. 상기 CQI에 비하여 간섭은 긴 시간 동안 크게 변화하지 아니하는 성질을 가지기 때문이다. 이를 통해, 각 존 별 CQI를 짧은 주기로 피드백하는 것에 비하여, 하나의 존에 대한 CQI만을 짧은 주기로, 각 존 별 간섭 관련 정보를 긴 주기로 피드백하는 것은 전체적인 피드백 오버헤드를 감소시킨다.
또한, 상기 도 6에서, 상기 존A(611)만이 상기 참고 신호 구간(617)을 포함함으로써, 참고 신호로 인한 오버헤드가 감소한다. 오버헤드 감소의 효과를 최대화하기 위하여, 빔 폭이 좁을수록 많은 개수의 참고 신호들이 요구되므로, 상기 참고 신호 구간(617)은 가장 빔 폭이 넓은 빔 패턴이 적용되는 존에 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 도 6에서, 상기 존A(611)만이 상기 참고 신호 구간(617)을 포함한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 존B(612) 및 상기 존C(613)도 참고 신호 구간을 포함하고, 단말로부터 피드백되는 정보는 존A(611)에 대한 CQI 및 각 존의 간섭량일 수 있다. 이 경우, 상기 도 5의 실시 예와 비교하여, 참고 신호로 인한 오버헤드는 동일하나, 피드백 정보의 양이 감소된다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 다수의 전파 특성들을 지원하는 기지국 및 단말의 동작 및 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 7을 참고하면, 상기 기지국은 701단계에서 운용할 적어도 하나의 전파 특성을 선택한다. 상기 전파 특성은 안테나에서 송수신되는 신호의 특성으로서, 편파 특성, 파의 크기, 빔 폭 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 기지국은 단말들과의 통신을 위해 지원할 전파 특성, 다시 말해, 통신 시 사용할 전파 특성의 후보를 선택한다. 이때, 상기 기지국은 상기 기지국의 통신 환경을 고려할 수 있다. 예를 들어, 상기 기지국이 펨토 기지국인 경우, 상기 기지국은 넓은 빔 폭의 빔 패턴만을 지원할 것을 결정할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 기지국은 시스템의 설계자 또는 운영자에 의해 미리 정의된 설정 정보에 따라 상기 운용할 적어도 하나의 전파 특성을 선택할 수 있다.
이어, 상기 기지국은 703단계로 진행하여 각 채널에 적용할 전파 특성을 결정한다. 여기서, 상기 채널은 전달되는 데이터, 신호 등의 목적에 따라 구분되는 개념이다. 예를 들어, 상기 채널은 시스템 데이터를 전달하는 방송 채널, 동기 신호를 전달하는 동기 채널, 트래픽을 전달하는 데이터 채널 등을 나타낸다. 이때, 상기 기지국은 해당 채널을 통해 송신되는 데이터, 신호 등의 수신자의 범위, 다시 말해, 수신자의 수에 따라 전파 특성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 방송 채널의 경우 다수의 단말들이 수신해야하므로, 상기 기지국은 상기 방송 채널에 넓은 빔 폭의 빔 패턴을 적용할 것을 결정할 수 있다. 다른 예로, 상기 데이터 채널의 경우 특정한 하나의 단말이 수신해야하므로, 상기 기지국은 상기 데이터 채널에 좁은 빔 폭의 빔 패턴을 적용할 것을 결정할 수 있다. 단, 상기 데이터 채널이라도 단말의 채널 환경에 따라 적응적으로 대응할 수 있도록, 상기 기지국은 상기 데이터 채널에 좁은 빔 폭의 빔 패턴 및 넓은 빔 폭의 빔 패턴 모두를 적용할 것을 결정할 수 있다.
이어, 상기 기지국은 705단계로 진행하여 각 전파 특성을 위한 자원 구간을 할당한다. 상기 각 전파 특성을 위한 자원 구간은 데이터 채널 내에서 할당된다. 즉, 상기 기지국은 데이터 채널 내에서 다양한 전파 특성들을 지원하기 위해, 각 전파 특성을 적용받을 자원 구간을 할당한다. 예를 들어, 상기 도 5 또는 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 서로 다른 빔 폭의 빔 패턴이 적용되는 존A, 존B, 존C를 할당할 수 있다. 만일, 서로 다른 편파 특성들을 지원하는 경우, 상기 기지국은 상기 서로 다른 편파 특성들을 위한 자원 구간들을 주파수축 및 시간축에서 중첩되도록 할당할 수 있다.
이어, 상기 기지국은 707단계로 진행하여 운용되는 전파 특성에 대한 시스템 정보를 생성하고, 상기 시스템 정보를 송신한다. 다시 말해, 상기 기지국은 상기 701단계 내지 상기 703단계를 통해 결정된 사항들을 알리는 시스템 정보를 생성 및 송신한다. 상기 도 7에 표현되지 아니하였으나, 상기 시스템 정보는 주기적으로 송신될 수 있다. 또한, 상기 시스템 정보는 상기 방송 채널을 통해 송신될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템 정보는 운용되는 전파 특성을 알리는 정보, 참고 신호의 전송 횟수를 알리는 정보, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득, 전파 특성별 자원 할당 정보, 상기 나열된 항목들 중 적어도 하나를 판단할 수 있는 관련 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이후, 상기 기지국은 709단계로 진행하여 채널 품질 측정을 위한 참고 신호들을 송신한다. 상기 참고 신호들은 전파 특성별 자원 구간들 중 적어도 하나를 통해 송신된다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 기지국은 모든 전파 특성들에 대하여 각 전파 특성을 가지는 참고 신호들을 전파 특성별 자원 구간들 각각을 통해 송신할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 기지국은 일부 전파 특성에 대하여 해당 전파 특성을 가지는 참고 신호들을 해당 전파 특성의 자원 구간을 통해 송신할 수 있다. 이때, 상기 기지국은 동일한 전파 특성의 참고 신호를 빔 방향을 달리하며 반복적으로 송신할 수 있다. 따라서, 이때, 참고 신호로 인한 오버헤드를 최소화하기 위해, 상기 일부 전파 특성은 넓은 빔 폭일 수 있다. 상기 도 7에 표현되지 아니하였으나, 상기 참고 신호들은 주기적으로 송신될 수 있다.
이후, 상기 기지국은 711단계로 진행하여 적어도 하나의 단말로부터 전파 특성에 관련된 피드백 정보를 수신한다. 예를 들어, 상기 피드백 정보는 CQI, 간섭량, 빔 패턴 별 경로 손실, 선호하는 빔 패턴, 선호하는 빔 방향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 CQI는 전파 특성별 자원 구간들 각각에 대한 CQI 또는 전파 특성별 자원 구간들 일부에 대한 CQI일 수 있다. 상기 피드백 정보가 상기 전파 특성별 자원 구간들 일부에 대한 CQI만을 포함하는 경우, 상기 피드백 정보는 나머지 자원 구간들에 대한 간섭량 정보를 포함할 수 있다.
이어, 상기 기지국은 713단계로 진행하여 상기 피드백 정보를 참고하여 상기 적어도 하나의 단말에 적용할 전파 특성을 결정한다. 이때, 상기 기지국은 상기 피드백 정보를 통해 판단되는 상기 적어도 하나의 단말의 채널 환경, 링크 품질, 선호하는 빔 방향, CQI, LoS인지 여부, 편파 특성, 경로 손실 등을 고려한다. 예를 들어, 상기 기지국은 상기 경로 손실에 따라 단말과의 거리 및 채널 환경(예 : LoS인지 여부)을 추정할 수 있다. 또한, 상기 기지국은 상기 CQI에 따라 최적의 빔 패턴을 결정할 수 있다. 만일, 상기 시스템 정보에 일부 적어도 하나의 빔 패턴에 대한 CQI 및 간섭이 포함되고, 나머지 빔 패턴에 대한 간섭만이 포함된 경우, 상기 기지국은 상기 CQI 및 간섭을 이용하여 모든 빔 패턴들에 대한 CQI를 계산할 수 있다. 구체적으로, 링크 품질이 임계치 이상 양호한 경우, 상기 기지국은 해당 단말에 넓은 빔 폭의 빔 패턴을 적용할 것을 결정할 수 있다. 또한, LoS 환경에 있는 경우, 상기 기지국은 해당 단말에 특정 편파 특성을 적용할 것을 결정할 수 있다.
상기 도 7에 도시되지 아니하였으나, 상기 기지국은 상기 713단계에서 결정된 바에 따라 상기 적어도 하나의 단말에게 자원을 할당하고, 통신을 수행한다. 단, 상기 713단계에서 결정된 전파 특성은 각 단말의 상태에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 단말의 경로 손실이 임계치 이하로 낮아진 경우, 상기 기지국은 상기 단말에 적용된 빔 패턴을 더 넓은 빔 폭을 가지는 빔 패턴으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 장애물로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 기지국은 상기 단말에 적용된 빔 패턴의 빔 방향을 변경하거나, 더 넓은 빔 폭을 가지는 빔 패턴으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 기지국과의 거리가 멀어짐으로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 기지국은 상기 단말에 적용된 빔 패턴을 더 좁은 빔 폭을 가지는 빔 패턴으로 변경할 수 있다.
상기 도 7을 참고하여 설명한 실시 예에서, 상기 기지국은 채널 별 전파 특성을 결정하고, 각 전파 특성을 위한 자원 구간을 결정한다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 채널 별 전파 특성을 결정하는 상기 703단계 및 상기 각 전파 특성을 위한 자원 구간을 결정하는 상기 705단계 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 예를 들어, 상기 기지국이 채널에 따라 전파 특성을 달리 적용하지 아니하는 경우, 상기 703단계는 생략될 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 기지국이 상기 701단계에서 하나의 전파 특성만을 운용하기로 결정한 경우, 상기 703단계 및 상기 705단계는 생략될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 8을 참고하면, 상기 단말은 801단계에서 동기를 획득하고, 시스템 정보를 수신한다. 즉, 상기 단말은 동기 채널을 검출함으로써 기지국과의 동기를 획득하고, 방송 채널을 통해 상기 시스템 정보를 수신한다. 상기 시스템 정보는 상기 기지국에서 운용중인 전파 특성에 대한 정보를 포함한다. 예를 들어, 상기 시스템 정보는 상기 기지국에서 운용되는 전파 특성을 알리는 정보, 참고 신호의 전송 횟수를 알리는 정보, 빔 패턴 또는 전파 특성 별 송신 전력 값, 빔 패턴 또는 전파 특성 별 최대 송신 안테나 이득, 전파 특성별 자원 할당 정보, 상기 나열된 항목들 중 적어도 하나를 판단할 수 있는 관련 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이후, 상기 단말은 803단계로 진행하여 빔 패턴 또는 전파 특성 별 채널 품질을 추정한다. 상기 단말은 상기 기지국으로부터 수신되는 참고 신호들을 이용하여 상기 채널 품질을 추정한다. 이때, 상기 참고 신호들은 상기 기지국에서 운용하는 빔 패턴들 또는 또는 전파 특성들 전부 또는 일부를 적용받으며, 빔 패턴 또는 전파 특성이 적용된 참고 신호는 해당 빔 패턴 또는 해당 전파 특성을 위해 할당된 자원 구간을 통해 수신된다. 따라서, 상기 단말은 상기 시스템 정보를 통해 각 빔 패턴 또는 전파 특성을 위해 할당된 자원 구간, 각 자원 구간에서 참고 신호가 송신되는지 여부, 참고 신호의 송신 횟수 등을 판단한 후, 참고 신호를 검출한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 참고 신호들은 상기 자원 구간들 모두에서 송신될 수 있다. 이 경우, 상기 단말은 모든 빔 패턴들 또는 전파 특성들 각각에 대한 CQI를 측정할 수 있다. 반면, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 참고 신호들은 일부 적어도 하나의 자원 구간에서만 송신될 수 있다. 이 경우, 상기 단말은 일부 적어도 하나의 빔 패턴 또는 전파 특성에 대한 CQI 및 간섭을 측정하고, 나머지 빔 패턴 또는 전파 특성에 대해 간섭만을 측정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 참고 신호들이 상기 자원 구간들 모두에서 송신되더라도, 상기 단말은 일부 적어도 하나의 빔 패턴 또는 전파 특성에 대한 CQI 및 간섭을 측정하고, 나머지 빔 패턴 또는 전파 특성에 대해 간섭만을 측정할 수 있다.
이어, 상기 단말은 805단계로 진행하여 빔 패턴 또는 전파 특성 별 경로 손실을 추정한다. 상기 경로 손실은 상기 801단계에서 수신한 시스템 정보에 포함된 빔 패턴 또는 전파 특성 별 송신 전력 값, 또는, 상기 송신 전력 값을 계산할 수 있는 관련 정보를 이용하여 추정될 수 있다. 예를 들어, 상기 단말은 빔 패턴 또는 전파 특성 별 송신 전력 값을 확인하거나, 상기 관련 정보를 이용하여 빔 패턴 또는 전파 특성 별 송신 전력 값을 계산한 후, 상기 송신 전력에서 수신 전력을 감산함으로써 상기 경로 손실을 추정할 수 있다.
이어, 상기 단말은 807단계로 진행하여 선호하는 빔 방향을 결정한다. 상기 기지국에서 송신되는 참고 신호는 동일한 전파 특성으로 빔 방향을 달리하며 반복적으로 송신될 수 있다. 따라서, 상기 단말은 동일한 빔 패턴 또는 전파 특성을 적용하되 빔 방향이 다른 다수의 참고 신호들의 검출을 시도하며, 이에 따라, 하나 또는 다수의 참고 신호들을 검출한다. 이때, 상기 단말은 가장 수신 신호 세기가 큰 참고 신호에 적용된 송신 빔 방향을 선호하는 송신 빔 방향으로 결정할 수 있다. 또한, 상기 단말은 수신 빔을 변경하며 동일한 송신 빔 방향의 신호를 반복 검출할 수 있다. 이때, 상기 단말은 가장 수신 신호 세기가 큰 참고 신호에 적용된 수신 빔 방향을 선호하는 수신 빔 방향으로 결정할 수 있다.
이후, 상기 단말은 809단계로 진행하여 피드백 정보를 생성하고, 상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 송신한다. 상기 피드백 정보는 상기 기지국이 상기 단말에 적용할 전파 특성을 결정하기 위해 필요한 정보를 포함한다. 즉, 상기 피드백 정보는 상기 803단계 내지 상기 807단계를 통해 결정된 사항들을 알린다. 예를 들어, 상기 피드백 정보는 적어도 하나의 빔 패턴 또는 전파 특성에 대한 CQI, 빔 패턴 또는 전파 특성 별 간섭량, 빔 패턴 또는 전파 특성 별 경로 손실, 선호하는 빔 패턴 또는 전파 특성, 선호하는 빔 방향, 선호하는 빔 패턴 또는 빔 방향 별 CQI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 피드백 정보는 일정 시간 간격에 따라 주기적으로 송신될 수 있다. 이때, 상기 피드백 정보에 포함되는 정보 항목은 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 CQI 및 간섭량이 포함되는 경우, 상기 간섭량은 상기 CQI에 비하여 긴 주기로 피드백될 수 있다.
상기 도 8을 참고하여 설명한 실시 예에서, 상기 단말은 빔 패턴 또는 전파 특성 별 채널 품질을 추정하고, 빔 패턴 또는 전파 특성 별 경로 손실을 추정하고, 선호하는 빔 방향을 결정한다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 빔 패턴 또는 전파 특성 별 채널 품질을 추정하는 상기 803단계, 빔 패턴 또는 전파 특성 별 경로 손실을 추정하는 상기 805단계, 선호하는 빔 방향을 결정하는 상기 807단계 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 9를 참고하면, 상기 기지국은 모뎀(910), 수신부(920), 송신RF체인(930), 빔포밍부들(940-1 및 940-2), 안테나어레이들(950-1 및 950-2), 제어부(960)를 포함하여 구성된다.
상기 모뎀(910)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 모뎀(910)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산 및 CP(Cyclic Prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 모뎀(910)은 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 수신부(910)는 단말로부터 수신되는 RF 신호를 기저대역 디지털 신호로 변환한다. 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 수신부(920)는 안테나, 수신 RF 체인 등을 포함한다.
상기 송신RF체인(930)은 상기 모뎀(910)으로부터 제공되는 기저대역 디지털 신호열(stream)을 RF 대역의 아날로그 신호로 변환한다. 예를 들어, 상기 송신RF체인(930)은 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), 필터(filter) 등을 포함할 수 있다. 상기 도 9은 하나의 송신RF체인(930)만을 도시하고 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 기지국은 다수의 송신 RF 체인들을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 기지국은 상기 송신 RF 체인들의 개수만큼 다수의 송신 빔들을 동시에 형성할 수 있다.
상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2)은 상기 송신RF체인(930)로부터 제공되는 송신 신호에 대하여 송신 빔포밍을 수행한다. 예를 들어, 상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2) 각각은 다수의 위상변환기들, 다수의 증폭기들, 신호 합산기를 포함한다. 즉, 상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2)은 상기 송신RF체인(930)으로부터 제공되는 송신 신호를 상기 안테나어레이들(950-1 및 950-2)에 포함된 상기 다수의 안테나들 개수만큼 분기하고, 각 분기된 신호들의 위상 및 크기를 조절한다. 상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2)각각은 상기 안테나어레이들(950-1 및 950-2) 각각에 대응된다.
상기 안테나어레이들(950-1 및 950-2) 각각은 다수의 안테나들의 집합체로서, 다수의 어레이 엘리먼트들을 포함하며, 상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2)로부터 제공되는 신호들을 무선 채널로 방사한다. 여기서, 상기 제1안테나어레이들(950-1) 및 상기 제2안테나어레이들(950-2)는 서로 다른 편파 특성을 가진다. 예를 들어, 상기 제1안테나어레이들(950-1)는 원형 편파를, 상기 제2안테나어레이들(950-2)는 선형 편파를 발생시킨다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 다른 편파 특성을 가지는 안테나 어레이가 더 추가되거나, 하나의 안테나 어레이만이 구비될 수 있다.
상기 제어부(960)는 상기 기지국의 전반적인 기능을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(960)는 송신 트래픽 패킷 및 메시지를 생성하여 상기 모뎀(910)으로 제공하고, 상기 모뎀(910)으로부터 제공되는 수신 트래픽 패킷 및 메시지를 해석한다. 특히, 상기 제어부(960)는 본 발명의 실시 예에 따라 다수의 전파 특성들을 지원하도록 제어한다. 상기 다수의 전파 특성들을 지원하기 위한 상기 제어부(1060)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제어부(960)는 운용할 적어도 하나의 전파 특성을 선택하고, 각 채널에 적용할 전파 특성을 결정하고, 각 전파 특성을 위한 자원 구간을 할당한 후, 운용되는 전파 특성에 대한 시스템 정보를 생성한다. 예를 들어, 상기 시스템 정보는 운용되는 전파 특성을 알리는 정보, 참고 신호의 전송 횟수를 알리는 정보, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득, 전파 특성별 자원 할당 정보, 상기 나열된 항목들 중 적어도 하나를 판단할 수 있는 관련 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어부(960)는 채널 품질 측정을 위한 참고 신호들을 송신한다. 상기 참고 신호들은 전파 특성별 자원 구간들 중 적어도 하나를 통해 송신된다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제어부(960)는 모든 전파 특성들에 대하여 각 전파 특성을 가지는 참고 신호들을 전파 특성별 자원 구간들 각각을 통해 송신하도록 제어할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 제어부(960)는 일부 전파 특성에 대하여 해당 전파 특성을 가지는 참고 신호들을 해당 전파 특성의 자원 구간을 통해 송신하도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 제어부(960)는 동일한 전파 특성의 참고 신호를 빔 방향을 달리하며 반복적으로 송신할 수 있다.
또한, 상기 제어부(960)는 적어도 하나의 단말로부터 전파 특성에 관련된 피드백 정보를 수신하고, 상기 피드백 정보를 참고하여 상기 적어도 하나의 단말에 적용할 전파 특성을 결정한다. 예를 들어, 상기 피드백 정보는 CQI, 간섭량, 빔 패턴 별 경로 손실, 선호하는 빔 패턴, 선호하는 빔 방향, 선호하는 빔 패턴 또는 빔 방향 별 CQI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 만일, 상기 시스템 정보에 일부 적어도 하나의 빔 패턴에 대한 CQI 및 간섭이 포함되고, 나머지 빔 패턴에 대한 간섭만이 포함된 경우, 상기 제어부(960)는 상기 CQI 및 간섭을 이용하여 모든 빔 패턴들에 대한 CQI를 계산할 수 있다. 또한, 상기 제어부(960)는 각 단말의 상태에 따라 적용되는 전파 특성을 변경할 수 있다.
상기 도 9에 도시된 실시 예에서, 상기 기지국은 하나의 송신RF체인(930)만을 구비한다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 기지국은 다수의 송신 RF 체인들을 구비하고,상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2)을 대체하여 상기 송신 RF 체인들의 전단에 디지털 프리코더(digital precoder)를 구비함으로써, 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다. 나아가, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 기지국은 상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2) 및 상기 디지털 프리코더 모두를 구비함으로써, 복합(hybrid) 빔포밍을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 빔포밍부들(940-1 및 940-2)는 디지털 빔포밍된 신호들 중 동일 안테나를 통해 송신될 신호들을 합산하는 동작을 더 수행한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 안테나어레이(1010), 빔포밍부(1020), 수신RF체인(1030), 모뎀(1040), 송신부(1050), 제어부(1060)를 포함하여 구성된다.
상기 안테나어레이(1010)는 다수의 안테나들의 집합체로서, 다수의 어레이 엘리먼트들을 포함한다. 상기 빔포밍부(1020)는 상기 안테나어레이(1010)를 구성하는 다수의 안테나들을 통해 수신되는 신호에 대하여 수신 빔포밍을 수행한다. 예를 들어, 상기 빔포밍부(1020)는 다수의 증폭기들, 다수의 위상변환기들, 신호 합산기를 포함한다. 즉, 상기 빔포밍부(1020)는 상기 다수의 안테나들 각각을 통해 수신된 신호들의 위상을 조절하고, 합산함으로써 수신 빔포밍을 수행한다. 상기 수신RF체인(1030)은 RF 대역의 아날로그 수신 신호를 기저대역 디지털 신호로 변환한다. 예를 들어, 상기 수신RF체인(1030)은 증폭기, 믹서, 오실레이터, ADC(Analog to Digital Convertor), 필터 등을 포함할 수 있다. 상기 도 10은 하나의 수신RF체인(1030)만을 도시하고 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 단말 다수의 수신 RF 체인들을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 단말은 상기 수신 RF 체인들의 개수만큼 다수의 수신 빔들을 동시에 형성할 수 있다.
상기 모뎀(1040)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 모뎀(1040)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 모뎀(1040)은 상기 수신RF체인(1030)으로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
특히, 상기 모뎀(1040)은 기지국으로부터 송신되는 동기 신호들에 대한 수신 신호 세기를 측정한다. 구체적으로, 상기 모뎀(1040)은 상기 기지국으로부터 송신되는 참고 신호들을 검출한다. 또한, 상기 모뎀(1040)은 검출된 참고 신호에 대한 수신 신호 세기를 측정한 후, 상기 수신 신호 세기를 상기 제어부(1060)로 제공한다. 또한, 상기 모뎀(1040)은 상기 참고 신호들을 이용하여 빔 패턴 별 채널 품질을 추정한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 참고 신호들이 전파 특성들 각각을 위해 할당된 자원 구간들 모두에서 송신되는 경우, 상기 모뎀(1040)은 모든 빔 패턴들 각각에 대한 CQI를 측정할 수 있다. 반면, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 참고 신호들이 일부 적어도 하나의 자원 구간에서만 송신되는 경우, 상기 모뎀(1040)은 일부 적어도 하나의 빔 패턴에 대한 CQI 및 간섭을 측정하고, 나머지 빔 패턴에 대해 간섭만을 측정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 참고 신호들이 상기 자원 구간들 모두에서 송신되더라도, 상기 모뎀(1040)은 일부 적어도 하나의 빔 패턴에 대한 CQI 및 간섭을 측정하고, 나머지 빔 패턴에 대해 간섭만을 측정할 수 있다.
상기 송신부(1050)는 상기 모뎀(1040)으로부터 제공되는 송신 신호를 RF 대역 신호로 변환하여 상기 기지국으로 송신한다. 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 송신부(1050)는 송신 RF 체인, 안테나 등을 포함한다.
상기 제어부(1060)는 상기 단말의 전반적인 기능을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(1060)는 송신 트래픽 패킷 및 메시지를 생성하여 상기 모뎀(1040)으로 제공하고, 상기 모뎀(1040)으로부터 제공되는 수신 트래픽 패킷 및 메시지를 해석한다. 특히, 상기 제어부(1060)는 다수의 전파 특성을 지원하는 기지국과 통신을 수행하도록 전파 특성들에 대한 피드백 정보를 생성하고, 상기 피드백 정보를 송신하도록 제어한다. 상기 피드백 정보의 생성 및 송신을 위한 상기 제어부(1060)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제어부(1060)는 기지국으로부터 수신되는 시스템 정보를 통해 기지국이 운용하는 전파 특성에 대한 정보를 획득한다. 예를 들어, 상기 시스템 정보는 상기 기지국에서 운용되는 전파 특성을 알리는 정보, 참고 신호의 전송 횟수를 알리는 정보, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득, 전파 특성별 자원 할당 정보, 상기 나열된 항목들 중 적어도 하나를 판단할 수 있는 관련 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(1060)는 상기 시스템 정보를 통해 각 빔 패턴을 위해 할당된 자원 구간, 각 자원 구간에서 참고 신호가 송신되는지 여부, 참고 신호의 송신 횟수 등을 판단한 후, 참고 신호를 검출하도록 상기 모뎀(1040)을 제어한다.
상기 제어부(1060)는 빔 패턴 별 경로 손실을 추정한다. 상기 경로 손실은 상기 시스템 정보에 포함된 빔 패턴 별 송신 전력 값, 또는, 상기 송신 전력 값을 계산할 수 있는 관련 정보를 이용하여 추정될 수 있다. 또한, 상기 제어부(1060)는 선호하는 빔 방향을 결정한다. 즉, 상기 제어부(1060)는 가장 수신 신호 세기가 큰 참고 신호에 적용된 송신 빔 방향을 선호하는 송신 빔 방향으로 결정하고, 가장 수신 신호 세기가 큰 참고 신호에 적용된 수신 빔 방향을 선호하는 수신 빔 방향으로 결정할 수 있다.
상기 제어부(1060)는 피드백 정보를 생성하고, 상기 송신부(1050)를 통해 상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 송신한다. 예를 들어, 상기 피드백 정보는 적어도 하나의 빔 패턴에 대한 CQI, 빔 패턴 별 간섭량, 빔 패턴 별 경로 손실, 선호하는 빔 패턴, 선호하는 빔 방향, 선호하는 빔 패턴 또는 빔 방향 별 CQI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 피드백 정보는 일정 시간 간격에 따라 주기적으로 송신될 수 있으며, 상기 피드백 정보에 포함되는 정보 항목은 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 CQI 및 간섭량이 포함되는 경우, 상기 간섭량은 상기 CQI에 비하여 긴 주기로 피드백될 수 있다.
상기 도 10에 도시된 실시 예에서, 상기 단말은 하나의 수신RF체인(1030)만을 구비한다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 단말은 다수의 수신 RF 체인들을 구비하고,상기 빔포밍부(1020)를 대체하여 상기 송신 RF 체인들의 후단에 디지털 포스트코더(digital postcoder)를 구비함으로써, 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다. 나아가, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 단말은 상기 빔포밍부(1020) 및 상기 디지털 포스트코더 모두를 구비함으로써, 복합 빔포밍을 수행할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (54)

  1. 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
    제1 자원 구간 및 제2 자원 구간을 포함하는 복수의 자원 구간들에 대응하는 복수의 빔 패턴들에 대한 할당 정보를 전송하는 과정과,
    상기 제1 자원 구간에서 제1 빔 폭으로 제1 기준 신호들을 송신하는 과정과,
    상기 제2 자원 구간에서 제2 빔 폭으로 제2 기준 신호들을 송신하는 과정과,
    상기 제1 기준 신호들 및 상기 제2 기준 신호들 중 적어도 하나에 대한 채널 품질에 관한 피드백 정보를 수신하는 과정과,
    상기 복수의 빔 패턴들 중에서 상기 피드백 정보에 기반하여 식별되는 빔 패턴을 통해 데이터 신호들을 송신하는 과정을 포함하고,
    상기 제1 빔 폭은 상기 제2 빔 폭과 다른 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자원 구간들은 상기 복수의 빔 패턴들 각각에 대응하고,
    상기 데이터 신호들은 상기 식별된 빔 패턴에 대응하는 자원 구간 상에서 전송되는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 정보는, 복수의 빔 폭들 각각에 대한 CQI(channel quality indicator)를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자원 구간에서 측정된 제1 간섭량에 관한 제1 정보를 수신하는 과정과,
    상기 제2 자원 구간에서 측정된 제2 간섭량에 관한 제2 정보를 수신하는 과정과,
    상기 제1 기준 신호들에 대한 채널 품질, 상기 제1 간섭량, 및 상기 제2 간섭량에 기반하여, 상기 제2 기준 신호들에 대한 채널 품질을 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 간섭량 또는 상기 제2 간섭량의 수신 주기는, 상기 피드백 정보의 수신 주기보다 긴 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기준 신호들의 전송 횟수, 상기 제2 기준 신호들의 전송 횟수, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득 중 적어도 하나를 포함하는 시스템 정보를 송신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기준 신호들은 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되고,
    상기 제2 기준 신호들은 상기 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 빔 패턴은, 복수의 단말들이 수신해야하는 신호를 전달하는 채널을 위해, 상기 복수의 빔 패턴들 중 가장 넓은 빔 폭의 빔 패턴인 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 상기 빔 패턴은,
    단말의 링크 품질이 임계치 이상 양호한 경우, 상기 제1 빔 폭에 대응하고,
    상기 제1 빔 폭은 상기 제2 빔 폭보다 넓은 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 데이터 신호들을 전송하는 과정은,
    상기 데이터 신호들 중 다른 편파 특성을 갖도록 2개를 위한 동일한 시간-주파수 자원을 할당하는 과정과,
    상기 식별된 빔 패턴에 대응하는 자원 구간을 통해 상기 데이터 신호들을 전송하는 과정을 포함하고,
    상기 자원 구간은 상기 동일한 시간-주파수 자원을 포함하고,
    상기 복수의 자원 구간들은 상기 복수의 빔 패턴들 각각에게 할당되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 빔 패턴을 변경하는 과정을 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 빔 패턴을 변경하는 과정은,
    단말의 경로 손실이 임계치 이하로 낮아진 경우, 상기 단말에 적용된 빔 폭이 더 넓은 빔 폭을 갖도록 상기 빔 패턴을 변경하는 과정을 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,상기 빔 패턴을 변경하는 과정은,
    장애물로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 단말에 적용된 빔의 방향을 변경하도록 상기 빔 패턴을 변경하는 과정을 포함하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 빔 패턴을 변경하는 과정은,
    장애물로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 단말에 적용된 빔 폭이 더 넓은 빔 폭을 갖도록, 상기 빔 패턴을 변경하는 과정을 포함하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 빔 패턴을 변경하는 과정은,
    상기 기지국과의 거리가 증가함으로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 단말에 적용된 빔 폭이 더 좁은 빔 폭을 갖도록 상기 빔 패턴을 변경하는 과정을 포함하는 방법.
  19. 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    제1 자원 구간 및 제2 자원 구간을 포함하는 복수의 자원 구간들에 대응하는 복수의 빔 패턴들에 대한 할당 정보를 수신하는 과정과,
    상기 제1 자원 구간에서 제1 빔 폭으로 송신되는 제1 기준 신호들을 수신하는 과정과,
    상기 제2 자원 구간에서 제2 빔 폭으로 송신되는 제2 기준 신호들을 수신하는 과정과,
    상기 제1 기준 신호들 및 상기 제2 기준 신호들 중 적어도 하나에 대한 채널 품질에 관한 피드백 정보를 송신하는 과정과,
    상기 복수의 빔 패턴들 중에서 상기 피드백 정보에 기반하여 식별되는 빔 패턴을 통해 송신되는 데이터 신호들을 수신하는 과정을 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 자원 구간들은 상기 복수의 빔 패턴들 각각에 대응하고,
    상기 데이터 신호들은 상기 식별된 빔 패턴에 대응하는 자원 구간 상에서 수신되는 방법.
  21. 삭제
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제1 자원 구간에서 측정된 제1 간섭량에 관한 제1 정보를 송신하는 과정과,
    상기 제2 자원 구간에서 측정된 제2 간섭량에 관한 제2 정보를 송신하는 과정을 더 포함하고,
    상기 제2 기준 신호들에 대한 채널 품질은, 상기 제1 기준 신호들에 대한 채널 품질, 상기 제1 간섭량, 및 상기 제2 간섭량에 기반하여 결정되는 방법.
  23. 삭제
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제1 간섭량 또는 상기 제2 간섭량의 송신 주기는, 상기 피드백 정보의 송신 주기보다 긴 방법.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 제1 기준 신호들의 전송 횟수, 상기 제2 기준 신호들의 전송 횟수, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득 중 적어도 하나를 포함하는 시스템 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 시스템 정보를 통해 빔 패턴 별 송신 전력 값을 결정하는 과정과,
    상기 빔 패턴 별 송신 전력 값을 이용하여 빔 패턴 별 경로 손실을 추정하는 과정을 더 포함하며,
    상기 피드백 정보는, 상기 빔 패턴 별 경로 손실을 포함하는 방법.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 제1 기준 신호들은 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되고,
    상기 제2 기준 신호들은 상기 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되는 방법.
  28. 무선 통신 시스템에서 기지국의 장치에 있어서,
    적어도 하나의 송수신기와,
    상기 적어도 하나의 송수신기와 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    제1 자원 구간 및 제2 자원 구간을 포함하는 복수의 자원 구간들에 대응하는 복수의 빔 패턴들에 대한 할당 정보를 전송하고,
    상기 제1 자원 구간에서 제1 빔 폭으로 제1 기준 신호들을 송신하고,
    상기 제2 자원 구간에서 제2 빔 폭으로 제2 기준 신호들을 송신하고,
    상기 제1 기준 신호들 및 상기 제2 기준 신호들 중 적어도 하나에 대한 채널 품질에 관한 피드백 정보를 수신하고,
    상기 복수의 빔 패턴들 중에서 상기 피드백 정보에 기반하여 식별되는 빔 패턴을 통해 데이터 신호들을 송신하도록 구성되고,
    상기 제1 빔 폭은 상기 제2 빔 폭과 다른 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 복수의 자원 구간들은 상기 복수의 빔 패턴들 각각에 대응하고,
    상기 데이터 신호들은 상기 식별된 빔 패턴에 대응하는 자원 구간 상에서 전송되는 장치.
  30. 삭제
  31. 제28항에 있어서,
    상기 피드백 정보는, 복수의 빔 폭들 각각에 대한 CQI(channel quality indicator)를 포함하는 장치.
  32. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 자원 구간에서 측정된 제1 간섭량에 관한 제1 정보를 수신하고,
    상기 제2 자원 구간에서 측정된 제2 간섭량에 관한 제2 정보를 수신하고,
    상기 제1 기준 신호들에 대한 채널 품질, 상기 제1 간섭량, 및 상기 제2 간섭량에 기반하여, 상기 제2 기준 신호들에 대한 채널 품질을 결정하도록 추가적으로 구성되는 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 제1 간섭량 및 상기 제2 간섭량의 수신 주기는, 상기 피드백 정보의 수신 주기보다 긴 장치.
  34. 삭제
  35. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 기준 신호들의 전송 횟수, 상기 제2 기준 신호들의 전송 횟수, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득 중 적어도 하나를 포함하는 시스템 정보를 송신하도록 추가적으로 구성되는 장치.
  36. 제28항에 있어서,
    상기 제1 기준 신호들은 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되고,
    상기 제2 기준 신호들은 상기 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되는 장치.
  37. 제28항에 있어서, 상기 빔 패턴은, 복수의 단말들이 수신해야하는 신호를 전달하는 채널을 위해, 상기 복수의 빔 패턴들 중 가장 넓은 빔 폭의 빔 패턴인 장치.
  38. 삭제
  39. 제28항에 있어서, 상기 빔 패턴은,
    단말의 링크 품질이 임계치 이상 양호한 경우, 상기 제1 빔 폭에 대응하고,
    상기 제1 빔 폭은 상기 제2 빔 폭보다 넓은 장치.
  40. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 데이터 신호들을 전송하기 위해,
    상기 데이터 신호들 중 다른 편파 특성을 갖도록 2개를 위한 동일한 시간-주파수 자원을 할당하고,
    상기 식별된 빔 패턴에 대응하는 자원 구간을 통해 상기 데이터 신호들을 전송하도록 구성되고,
    상기 자원 구간은 상기 동일한 시간-주파수 자원을 포함하고,
    상기 복수의 자원 구간들은 상기 복수의 빔 패턴들 각각에게 할당되는 장치.
  41. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 빔 패턴을 변경하도록 추가적으로 구성되는 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔 패턴을 변경하기 위해,
    단말의 경로 손실이 임계치 이하로 낮아진 경우, 상기 단말에 적용된 빔 폭이 더 넓은 빔 폭을 갖도록 상기 빔 패턴을 변경하도록 구성되는 장치.
  43. 제41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔 패턴을 변경하기 위해,
    장애물로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 단말에 적용된 빔 방향을 변경하도록 상기 빔 패턴을 변경하도록 구성되는 장치.
  44. 제41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔 패턴을 변경하기 위해,
    장애물로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 단말에 적용된 빔 폭이 더 넓은 빔 폭을 갖도록, 상기 빔 패턴을 변경하도록 구성되는 장치.
  45. 제41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔 패턴을 변경하기 위해,
    상기 기지국과의 거리가 증가함으로 인해 단말의 경로 손실이 증가하는 경우, 상기 단말에 적용된 빔 폭이 더 좁은 빔 폭을 갖도록, 상기 빔 패턴을 변경하도록 구성되는 장치.
  46. 무선 통신 시스템에서 단말의 장치에 있어서,
    적어도 하나의 송수신기와,
    상기 적어도 하나의 송수신기와 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    제1 자원 구간 및 제2 자원 구간을 포함하는 복수의 자원 구간들에 대응하는 복수의 빔 패턴들에 대한 할당 정보를 수신하고,
    상기 제1 자원 구간에서 제1 빔 폭으로 송신되는 제1 기준 신호들을 수신하고,
    상기 제2 자원 구간에서 제2 빔 폭으로 송신되는 제2 기준 신호들을 수신하고,
    상기 제1 기준 신호들 및 상기 제2 기준 신호들 중 적어도 하나에 대한 채널 품질에 관한 피드백 정보를 송신하고,
    상기 복수의 빔 패턴들 중에서 상기 피드백 정보에 기반하여 식별되는 빔 패턴을 통해 송신되는 데이터 신호들을 수신하도록 구성되는 장치.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 복수의 자원 구간들은 상기 복수의 빔 패턴들 각각에 대응하고,
    상기 데이터 신호들은 상기 식별된 빔 패턴에 대응하는 자원 구간 상에서 수신되는 장치.
  48. 삭제
  49. 제46항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 자원 구간에서 측정된 제1 간섭량에 관한 제1 정보를 송신하고,
    상기 제2 자원 구간에서 측정된 제2 간섭량에 관한 제2 정보를 송신하도록 추가적으로 구성되고,
    상기 제2 기준 신호들에 대한 채널 품질은, 상기 제1 기준 신호들에 대한 채널 품질, 상기 제1 간섭량, 및 상기 제2 간섭량에 기반하여 결정되는 장치.
  50. 삭제
  51. 제49항에 있어서,
    상기 제1 간섭량 또는 상기 제2 간섭량의 송신 주기는, 상기 피드백 정보의 송신 주기보다 긴 장치.
  52. 제46항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 기준 신호들의 전송 횟수, 상기 제2 기준 신호들의 전송 횟수, 빔 패턴 별 송신 전력 값, 빔 패턴 별 최대 송신 안테나 이득 중 적어도 하나를 포함하는 시스템 정보를 수신하도록 추가적으로 구성되는 장치.
  53. 제52항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 시스템 정보를 통해 빔 패턴 별 송신 전력 값을 결정하고,
    상기 빔 패턴 별 송신 전력 값을 이용하여 빔 패턴 별 경로 손실을 추정하도록 추가적으로 구성되고,
    상기 피드백 정보는, 상기 빔 패턴 별 경로 손실을 포함하는 장치.
  54. 제46항에 있어서,
    상기 제1 기준 신호들은 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되고,
    상기 제2 기준 신호들은 상기 섹터 내에서 다른 빔 방향으로 전송되는 장치.
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