JP2017188941A

JP2017188941A - 無線通信システムにおける最適のビームを選択するための装置及びその方法

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Publication number: JP2017188941A
Application number: JP2017116279A
Authority: JP
Inventors: テ−ヨン・キム; Tae Youn Kim; ヒュン−キュ・ユ; Hyun-Kyu Yu; ジェ−ウォン・チョ; Jae-Weon Cho
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2017-10-12
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Abstract

【課題】ビームフォーミングを行う無線通信システムで最適のビームを決定するための装置及びその方法が提供される。
【解決手段】基地局の動作は、第１幅にビームフォーミングされた参照信号を繰り返し送信する過程と、少なくとも一つの端末から少なくとも一つの好みの第１幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を受信する過程と、前記少なくとも一つの好みの第１幅を有するビームに応じて第２幅にビームフォーミングされた参照信号を送信する方向の範囲及び伝送パターンを決定する過程と、前記伝送パターンに応じて決定された方向の範囲内で前記第２幅にビームフォーミングされた参照信号を繰り返し送信する過程と、前記少なくとも一つの端末から少なくとも一つの好みの第２幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を受信する過程と、を含む。
【選択図】図７

Description

本発明は無線通信システムに関するものであり、特にビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行う無線通信システムで最適のビームを選択するための装置及びその方法に関するものである。

継続的に増加する無線データトラフィック（ｔｒａｆｆｉｃ）の需要を充足するために、無線通信システムはより高いデータ伝送率を支援するための方向に発電しつつある。現在商用化が始まる４Ｇ（４ｔｈＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）システムは、データ伝送率を増加させるために主に周波数効率性（ｓｐｅｃｔｒａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を改善する方向に技術開発を追求していた。しかし、前記周波数効率性改善技術のみでは爆増する無線データトラフィックの需要を満足することが難しくなっている。

上述した問題点を解決するための一つの方案として、非常に広い周波数帯域を使用することがある。現在移動通信セルラー（ｃｅｌｌｕｌｅｒ）システムで使用される周波数帯域は一般的に１０ＧＨｚ以下であって、広い周波数大域の確保が非常に難しい。よって、より高い周波数帯域で広帯域周波数を確保すべき必要性がある。しかし、無線通信のための周波数が高くなるほど電波経路損失が増加する。そのため電波到達距離が相対的に短くなり、それによってサービス領域（ｃｏｖｅｒａｇｅ）が減少する。これを解決する技術の一つとして（例えば、電波経路損失の緩和及び電波伝達距離の増加のためのビームフォーミング技術がある。

前記ビームフォーミングは送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングで区分される。前記送信ビームフォーミングは、一般に多数のアンテナを利用して電波の到達領域を特定の方向に集中させる。一般に、多数のアンテナが集合された形態は、アンテナアレイ（ａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙ）、アレイに含まれている個々のアンテナはアレイエレメント（ａｒｒａｙｅｌｅｍｅｎｔ）と称される。前記送信ビームフォーミングを適用する場合には信号の伝送距離が増加し、同時に意図した方向に信号が集中される（例えば、信号が意図された方向以外の他の方向には信号が殆ど伝送されない）。よって、他のユーザに対する干渉が非常に減る長所がある。受信ビームフォーミングは、受信側で受信アンテナアレイを利用して電波の受信を特定方向に集中させる。それによって、意図された方向に受信される信号感度が増加し、前記意図された方向以外の方向に入る信号を排除することで干渉信号が遮断される。
上述したように、広い周波数帯域を確保するために超高周波（例えば、ミリメートル（
ｍｍ）ウェーブ（ｗａｖｅ））システムの導入が予想されるが、この場合、電波経路損失
を克服するためにビームフォーミング技術が考慮される。よって、ユーザが移動し電波環
境が変化する移動通信環境でビームフォーミングを効果的に行うための代案が提示される
べきである。

よって、無線通信システムで効果的にビームフォーミングを行うための装置及びその方法が必要である。なお、システムオーバーヘッドを減少し、同時に多様なビームパターンを適切に利用して十分なアンテナ利得を獲得するための代案が必要である。

上述した事項は、本発明の理解を助けるための背景技術として説明されたものに過ぎない。本発明に対する先行技術として適用するいかなる判断や主張も行われていない。

米国特許出願公開第２００９／０２３８１５６号明細書

本発明の目的は上述した問題点及び短所を解決するためのものであり、以下のような利点のうち少なくとも一つを提供する。よって、本発明の目的は、無線通信システムで効果的なビームフォーミングを行うための装置及びその方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、無線通信システムにおける最適のビームを選択するための装置及びその方法を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、無線通信システムにおける最適のビームを選択するためのシグナリングオーバーヘッドを最小化するための装置及びその方法を提供することにある。

上述した目的は、無線通信システムにおける最適のビームを選択する装置及びその方法を提供することで達成される。

前記目的を達成するための本発明の見地によると、無線通信システムにおける基地局の動作方法は、第１幅にビームフォーミングされた参照信号を繰り返し送信する過程と、少なくとも一つの端末から少なくとも一つの好みの第１幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を受信する過程と、前記少なくとも一つの好みの第１幅を有するビームに応じて第２幅にビームフォーミングされた参照信号を送信する方向の範囲及び伝送パターンを決定する過程と、前記伝送パターンに応じて決定された方向の範囲内で前記第２幅にビームフォーミングされた参照信号を繰り返し送信する過程と、前記少なくとも一つの端末から少なくとも一つの好みの第２幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を受信する過程と、を含み、前記第１幅は前記第２幅より大きいことを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明の他の見地によると、無線通信システムにおける端末の動作方法は、基地局から送信される第１幅にビームフォーミングされた参照信号に対する受信信号強度を測定する過程と、好みの第１幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を送信する過程と、第２幅にビームフォーミングされた参照信号の伝送パターンを確認する過程と、決定された伝送パターンに応じて送信される前記第２幅にビームフォーミングされた参照信号に対する受信信号強度を測定するする過程と、好みの第２幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を送信する過程と、を含み、前記第１幅は前記第２幅より大きいことを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明また他の見地によると、無線通信システムにおける基地局装置は、第１幅を有するビーム及び第２幅を有するビームに参照信号をビームフォーミングするビームフォーミング部と、少なくとも一つの端末から少なくとも一つの好みの第１幅を有するビームを知らせるフィードバック信号及び少なくとも一つの好みの第２幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を受信する受信部と、第１幅にビームフォーミングされた参照信号を繰り返し送信し、少なくとも一つの端末から少なくとも一つの好みの第１幅を有するビームを知らせるフィードバック信号が受信されると前記少なくとも一つの好みの第１幅を有するビームに応じて第２幅にビームフォーミングされた参照信号を送信する方向の範囲及び伝送パターンを決定した後、前記伝送パターンに応じて決定された方向の範囲内で前記第２幅にビームフォーミングされた参照信号を繰り返し送信するように制御する制御部と、を含み、前記第１幅は前記第２幅より大きいことを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明の更に他の見地によると、無線通信システムにおける端末装置は、基地局から送信される第１幅にビームフォーミングされた参照信号に対する受信信号強度を測定し、第２幅にビームフォーミングされた参照信号の伝送パターンに応じて前記基地局から送信される前記第２幅にビームフォーミングされた参照信号に対する受信信号強度を測定するモデムと、前記第１幅にビームフォーミングされた参照信号に対する受信信号強度に応じて好みの第１幅を有するビームを決定し、第２幅にビームフォーミングされた参照信号の伝送パターンを確認し、前記第２幅にビームフォーミングされた参照信号に対する受信信号強度に応じて好みの第２幅を有するビームを決定する制御部と、好みの第１幅を有するビームを知らせるフィードバック信号及び好みの第２幅を有するビームを知らせるフィードバック信号を送信する送信部と、を含み、前記第１幅は前記第２幅より大きいことを特徴とする。

本発明の他の見地、利益、主な特徴は、以下に添付した本発明の実施形態及び図面と共に説明される詳細な説明から当業者に明白に認識されるはずである。

本発明の実施形態による本発明の上述した見地（ａｓｐｅｃｔ）及び他の見地、特徴、利益は、以下のような図面と共に説明される詳細な説明から明白に認識されるはずである。

本発明の実施形態による無線通信システムにおけるビームパターンの例を示す図である。本発明の実施形態による無線通信システムで狭いビームのみを利用するビーム獲得手順を概略的に示す図である。本発明の実施形態による無線通信システムで広いビーム及び狭いビームを全て利用するビーム獲得手順を概略的に示す図である。本発明の実施形態による無線通信システムで広いビーム及び狭いビームを全て利用するビーム獲得手順を概略的に示す図である。本発明の第１実施形態による無線通信システムにおけるビーム獲得のためのシグナリングを示す図である。本発明の第２実施形態による無線通信システムにおけるビーム獲得のためのシグナリングを示す図である。本発明の第３実施形態による無線通信システムにおけるビーム獲得のためのシグナリングを示す図である。本発明の実施形態による無線通信システムで最適のビームを選択するための基地局の動作手順を示す図である。本発明の実施形態による無線通信システムで最適のビームを選択するための端末の動作手順を示す図である。本発明の実施形態による無線通信システムにおける基地局のブロック構成を示す図である。本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末のブロック構成を示す図である。

前記図面において、参照番号は同じであるか類似した要素、特徴、構造を説明するために使用される。

以下における図面を参照する説明は、特許請求の範囲及びこれと同等なものによって定義される本発明の実施形態の包括的な理解を助けるために提供される。以下の説明は理解を助けるために多様な具体的な細部事項を含むが、単なる例示として取り扱われるのみである。よって、本発明の思想や範囲を逸脱しない範囲内で実施形態の多様な変形及び修正が可能であることはもちろんである。また、広く知られている機能及び構造の説明は明確性のために省略される。

以下の説明及び特許請求の範囲で使用される用語及び単語は書誌的な意味に制限されず、単に発明の明確性及び理解のために使用される。よって、当業者にとって以下で説明される本発明の実施形態は説明の目的に過ぎず、特許請求範囲及びこれと同様なものによって正義される発明を制限するためではない。

以下、本発明の実施形態は無線通信システムで最適のビームを選択するための技術について説明する。例えば、以下で本発明はＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）／ＯＦＤＭＡ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式の無線通信システムを例に挙げて説明する。

本発明の実施形態によって超高周波数帯域で動作するセルラーシステムは、高い電波経路損失をビームフォーミング技術を介して得られるアンテナ利得で緩和する。ここで、前記ビームフォーミング技術とは多数のアンテナから信号が特定方向に集められるように伝送する技法である。そのため、送信端は各アンテナごとに伝送される信号の位相を調節することで全てのアンテナから伝送される信号を特定方向に集中させ、その結果として高いアンテナ利得を得る。前記アンテナ利得に関する変数は、信号を送信するために使用されるアンテナの個数である。アンテナの個数が多いほど高いアンテナ利得が得られる。アンテナの個数が増加することで、多重アンテナによって形成されるビームパターン又はビーム幅はより狭くなる。例えば、多数のアンテナから送信される信号がより集中的に特定方向に集められることで高いアンテナ利得が得られる。

図１は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるビームパターンの例を示す図である。

前記図１を参照すると、基地局１００は端末Ａ１１０及び端末Ｂ１２０に信号を送信する。本発明の実施形態によって、前記基地局１００は前記端末Ｂ１２０に信号を送信するために使用するアンテナの個数に比べてより少ない個数のアンテナを利用して前記端末Ａ１１０に信号を送信する。もし、前記基地局１００が信号を伝送する際に前記基地局１００が少数のアンテナを使用して信号を伝送すると、前記端末Ａ１１０を介して形成されたビームパターンＡ１１５のように広い幅のビームが形成される。この場合、広い方向に信号が伝達されるため、特定方向でのアンテナ利得は大きくない。しかし、前記端末Ｂ１２０に向かって形成されたビームパターンＢ１２５の場合、多数のアンテナを使用してビーム幅が狭いビームパターンが形成されるため、特定方向意外に他の方向には信号が伝播されない。この場合、高いアンテナ利得が期待される。

前記ビームパターンＡ１１５のように広い幅のビームを有するようにアンテナを構成する場合、アンテナ利得が低くても広い方向を支援することができるため、ビーム獲得のために必要なシステムオーバーヘッドが減少する長所がある。一方、前記ビームパターンＢ１２５のように狭い幅のビームを有するようにアンテナを構成する場合には高いアンテナ利得が期待されるが、狭いビーム幅によってサービス可能な面積が狭いため、ビーム獲得のために必要なシステムオーバーヘッドが増加する短所がある。よって、多様なビームパターンを適切に利用してシステムオーバーヘッドを減らすと共に十分なアンテナ利得を得るための代案が必要である。

超高周波数帯域を使用するセルラーシステムは、周波数特性によって高い電波経路損失を経験する。よって、制御信号及びデータ信号共に十分なアンテナ利得が補償されるべきである。そのため、基地局及び端末間の最適のビームを決定するためのビーム獲得手順が先行されるべきである。

図２は、本発明の実施形態による無線通信システムで狭いビームのみを利用するビーム獲得手順を概略的に示す図である。前記図２を参照すると、端末Ａ２１０、端末Ｂ２２０、端末Ｃ２３０が一つのセクタ（ｓｅｃｔｏｒ）内に位置する。基地局２００は参照信号（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌ）を狭いビームにビームフォーミングし、多数の参照信号を前記セクタ内の全方向に繰り返し送信する。即ち、前記基地局２００は前記セクタ内で互いに異なる方向に向かう多数の狭いビームを時間又は周波数分割方式で多重化して送信する。例えば、前記基地局２００は前記図２に示した矢印方向に方向を変えながら狭いビームにビームフォーミングされた参照信号を順次に送信する。前記端末２１０，２２０，２３０それぞれは該当時間区間又は周波数区間の資源を介して繰り返し伝送された参照信号を受信し、各参照信号に対する信号強度を測定する。そして、前記端末２１０，２２０，２３０それぞれは最大信号強度を有する送信ビームを選択し、選択された送信ビームを前記基地局２００に知らせる。

前記図２に示したようなビーム獲得手順の場合、狭いビーム幅によって参照信号の送信回数が相対的に多く、それによって高いシステムオーバーヘッドを起こす。よって、本発明の実施形態は参照信号の個数を減らすと共に十分なアンテナ利得を得るビーム獲得手順を更に提案する。

図３ａ及び図３ｂは、本発明の実施形態による無線通信システムで広いビーム及び狭いビームを全て利用するビーム獲得手順を概略的に示す図である。前記広いビーム及び前記狭いビームを全て利用するビーム獲得手順は２つのステップで構成される。前記図３ａはビーム獲得手順の第１ステップを、前記図３ｂはビーム獲得手順の第２ステップを示す。

前記図３ａを参照すると、ビーム獲得手順の第１ステップは広いビームを有するビームを利用する。即ち、基地局３００は参照信号を広いビームにビームフォーミングし、一定時間及び周波数区間の資源を介してセクタ内の前方向に前記広いビーム幅を有する参照信号を繰り返し送信する。この場合には広いビームが利用されるため、前記図２の場合に比べて参照信号の反復送信のために必要なシンボルの個数が減少される。それによって、端末３１０，３２０，３３０は各参照信号に対する受信信号強度を測定し、最大の受信信号
強度を有するビームを好みのビームとして選択する。この際、一つのセクタ内に位置する端末の分布形態に応じて好みのビームの個数が異なる。例えば、全ての端末が一つの広い送信ビームのサービス範囲に集中的に位置する場合、一つの広い送信ビームのみが全ての端末の好みのビームとして選択される。しかし、一つのセクタ内で端末が均一に分布する場合には全体の送信ビームが端末の好みのビームとして選択される。前記図３ａの場合、端末Ａ３１０及び端末Ｂ３２０は２番目のビームを好み、端末Ｃ３３０は４番目のビームを好む。即ち、全体５つのうち２つのビームのみが好みの広いビームとして選択される。それによって、前記端末３１０，３２０，３３０それぞれは前記好みの広いビームを前記基地局３００に知らせる。即ち、前記端末３１０，３２０，３３０それぞれは好みのビームを指示する情報をフィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）する。

前記図３ｂを参照すると、ビーム獲得手順の第２ステップは狭いビーム幅を有するビームを利用する。即ち、前記基地局３００は参照信号を狭いビームにビームフォーミングし、前記狭いビーム幅を有する参照信号を繰り返し送信する。この際、前記基地局３００は前記第１ステップで確認された好みの広いビームを考慮して前記狭いビーム幅を有する参照信号を送信する方向の範囲を決定し、決定された範囲内でのみ前記狭いビーム幅を有する参照信号を繰り返し送信する。即ち、前記基地局３００は前記第１ステップで好みのビームとして選択された少なくとも一つのビームの電波範囲内でのみ前記狭いビーム幅を有する参照信号を送信する。セクタ内に全ての端末が常に均一に分布するとは言えず、一部の地域に集中的に分布する可能性がある。よって、狭いビーム幅を有する参照信号を送信ビームをいつも全方向に伝送する必要はない。それを介し、基地局は不必要な参照信号の伝送を排除する。例えば、前記図３ａのようにセクタ内の端末３１０，３２０，３３０が２つの好みの広いビームを決定した場合、前記基地局３００は前記２つの望みの広いビームの電波範囲内でのみ精密にビーム方向を変更しながら前記狭いビーム幅を有する参照信号を順次に送信する。それによって、端末３１０，３２０，３３０は狭いビーム幅を有する参照信号それぞれに対する信号強度を測定し、最大の信号強度を有するビームを好みのビームとして選択して前記好みのビームを前記基地局３００に知らせる。即ち、前記端末３１０，３２０，３３０は好みのビームを指示する情報をフィードバックする。

前記図３ａ及び前記図３ｂのような手順を介して、各端末は好みの狭いビームを決定する。即ち、端末の個数とは関係なく、第１ステップで好みの広いビームの個数が決定され、第２ステップで好みの広いビームの方向内で好みの狭いビームが決定される。よって、端末がセクタ内の全領域に均一に分布しなければ、特定方向に対してのみ狭いビーム幅を有する参照信号が送信されることで参照信号の送信回数が減少する。前記第１ステップは広いビームを利用するため、システムオーバーヘッドの負担が大きくない。よって、前記図３ａ及び前記図３ｂのような２つのステップのビーム獲得方案を採用する場合、端末のセクタ内の位置に応じて少ないオーバーヘッドのみでも十分なアンテナ利得が得られる。

以下、上述した方式に応じて最適のビームを決定する具体的な一実施形態を説明する。以下では説明の便宜上、本発明は前記「広いビームにビームフォーミングされた参照信号」を「広いビーム参照信号」と、前記「狭いビームにビームフォーミングされた参照信号」を「狭いビーム参照信号」と称する。

以下に説明される実施形態において、端末は基地局で使用される広いビームの個数、各広いビームに対応する狭いビームの個数、広いビームが送信される資源の位置、狭いビームが送信される資源の位置などのシステム構成（ｓｙｓｔｅｍｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を知っていることを前提する。例えば、前記システム構成は予め定義されて前記端末を製造する際に貯蔵されるか、又は前記基地局への初期アクセス課程（ｉｎｉｔｉａｌｅｎｔｒｙ）のうち又は放送チャネル（ＢＣＨ：ＢｒｏａｄｃａｓｔＣｈａｎｎｅｌ）を介して周期的に前記端末に提供される。また、以下で説明される実施形態において、基地局及び端末間に予め定義されるべき他の情報も前記システム構成情報として前記端末に提供される。なお、本発明の実施形態による基地局が以下に説明される実施形態を全て支援し、以下の実施形態のうち選択的に一つを行う場合、どの実施形態を行うのかを知らせる指示情報を前記システム構成要素情報として前記端末に提供する。

図４は、本発明の第１実施形態による無線通信システムにおけるビーム獲得のためのシグナリングを示す図である。

前記図４を参照すると、ステップ４０１で基地局４００は広いビームにビームフォーミングされた広いビーム参照信号をセクタ内の全ての方向に繰り返し送信する。前記広いビーム参照信号は同期チャネル、プリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）、ミッドアンブル（ｍｉｄａｍｂｌｅ）などの形態で送信される。ここで、本発明の実施形態は４つの広いビームで一つのセクタ内の全方向が支援されることを仮定する。それによって、前記基地局４００は４つの広いビーム参照信号を順次に送信する。

前記セクタ内の全ての方向に広いビーム参照信号が送信されることでステップ４０３で端末４１０は好みの広いビームを決定し、前記好みの広いビームを指示する情報をフィードバックする。言い換えると、前記端末４１０は前記広いビーム参照信号それぞれに対する受信信号強度を測定し、最大の受信信号強度を有する参照信号に対するビームを好みのビームとして決定する。この際、前記端末４１０は２つ以上の広いビームを好みの広いビームとして決定する。本発明は、２つの広いビームが好みの広いビームとして決定されることを仮定する。

次に、ステップ４０５で前記基地局４００は前記端末４１０を含むセクタ内の全ての端末から好みの広いビームを指示する情報を受信した後、後に送信される狭いビーム参照信号の伝送パターンを知らせるビームパターン情報を送信する。前記ビームパターン情報はインデックス（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）方式、ビットマップ（ｂｉｔｍａｐ）方式などで構成される。本発明の実施形態による２つのステップのビーム獲得手順の場合、好みの広いビームの選択結果とは関係なく狭いビームを参照信号が送信される測定区間が連続する。よって、好みの広いビームの個数に応じて各好みの広いビームに対応する狭いビーム参照信号が送信されるフレームの位置が異なる。しかし、好みの広いビームの全体の個数及び方向は前記基地局４００のみが知っているため、前記端末４１０は自らの好みの広いビーム以外の他の好みの広いビームの個数及び方向を知ることができず、それによって前記狭いビーム参照信号の伝送パターンを知ることができない。よって、前記基地局４００は端末に後に送信される狭いビーム参照信号の伝送パターンを知らせる情報を提供すべきである。

例えば、前記端末４１０が好みの広いビームに対応する狭いビーム参照信号がどのフレームを介して送信されるのかを知ることができれば、言い換えると、前記端末４１０が好みの広いビーム及びフレームの対応関係を知ることができれば、前記端末４１０は自らの好みの広いビームに対応するフレームでのみ狭い参照信号を検出する。よって、前記ビームパターン情報は好みの広いビーム及びフレームの対応関係を知らせる情報を含む。ここで、広いビームのインデックス順番に応じて狭いビーム参照信号が送信される場合、前記好みの広いビーム及びフレームの対応関係は前記基地局４００で確認された少なくとも一つの好みの広いビームのインデックスとして表現される。又は、前記好みの広いビーム及びフレームの対応関係は、各好みの広いビームのインデックス及び対応するフレームのインデックスの組み合わせで表現される。

他の例として、前記基地局４１０が後に送信される狭いビーム参照信号の個数を知ることができれば、前記端末４１０は全ての狭いビーム参照信号を検出する。よって、前記ビームパターン情報は前記送信される狭いビーム参照信号の個数を知らせる情報を含む。ここで、送信される狭いビーム参照信号の個数は、前記狭いビーム参照信号が送信されるフレームの個数、好みの広いビームの個数、前記狭いビーム参照信号が送信されるフレームのうち最後のフレームのインデックスなどを介して間接的に表現される。

即ち、前記ビームパターン情報は好みの広いビームのインデックス、好みの広いビームのインデックス及び対応するフレームのインデックスの組み合わせ、前記送信される狭いビームの参照信号の個数、前記狭いビーム参照信号が送信されるフレームの個数、好みの広いビームの個数、前記狭い参照信号が送信されるフレームのうち最後のフレームのインデックスのうち少なくとも一つを含む。

次に、ステップ４０７乃至ステップ４１３で前記基地局４００は少なくとも一つの好みの広いビームに応じて狭いビーム参照信号を送信する方向の範囲を決定した後、決定された範囲内で狭いビーム参照信号を繰り返し送信する。前記狭いビームの参照信号はパイロットシンボルの形態で送信される。詳しくは、前記基地局４００は前記少なくとも一つの好みの広いビームの電波範囲を前記狭いビーム参照信号を送信する方向の範囲として決定する。そして、前記基地局４００は前記決定された範囲内で細密にビーム方向を変更しながら前記狭いビーム幅参照信号を順次に送信する。ここで、本発明では一つの広いビーム参照信号は４つの狭いビーム参照信号と対応し、フレーム当たり２つの狭いビーム参照信号が送信されることを仮定する。この場合、前記図４に示したように２つの好みの広いビームが選択された場合、前記基地局４００は４つのフレーム（例えば、ステップ４０７、ステップ４０９、ステップ４１１、ステップ４１３に示した）を介して総８つの狭いビーム参照信号を送信する。本発明の他の実施形態によって、前記図４のフレームはスーパーフレームに代替される。前記スーパーフレームは多数のフレームの束を意味する。

前記好みの広いビームの電波範囲内で狭いビーム参照信号が送信されるにつれ、ステップ４１５で前記端末４１０は好みの狭いビームを決定し、前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。言い換えると、前記端末４１０は前記狭いビーム参照信号それぞれに対する受信信号強度を測定し、最大の受信信号強度を有する参照信号に対するビームを好みの狭いビームとして決定する。この際、前記端末４１０は前記ビームパターン情報を介して前記狭いビーム参照信号の伝送パターンを把握し、前記伝送パターンに応じて前記狭いビーム参照信号を検出する。特に、前記ステップ４０５で送信されるビームパターン情報が好みの広いビーム及びフレームの対応関係を知らせる情報を含む場合、前記端末４１０は自らの好みの広いビームに対応するフレームでのみ前記狭いビーム参照信号を検出する。

前記図４において、前記端末４１０はｎ＋３番目のフレームで最後の狭いビーム参照信号を受信し、前記ｎ＋３番目のフレームで前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。しかし、前記図４に示した前記好みの狭いビームを指示する情報のフィードバック時点は一例であり、本発明の他の実施形態によって前記端末は前記ｎ＋３番目のフレームの後に前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。

図５は、本発明の第２実施形態による無線通信システムにおけるビーム獲得のためのシグナリングを示す図である。

前記図５を参照すると、ステップ５０１で基地局５００は広いビームにビームフォーミングされた広いビーム参照信号をセクタ内の全ての方向に繰り返し送信する。前記広いビーム参照信号は同期チャネル、プリアンブル、ミッドアンブルなどの形態で送信される。ここで、本発明の実施形態は４つの広いビームで一つのセクタ内の全方向が支援されることを仮定する。それによって、前記基地局５００は４つの広いビーム参照信号を順次に送信する。

前記セクタ内の全ての方向に広いビーム参照信号が送信されることで、ステップ５０３で端末５１０は好みの広いビームを決定し、前記好みの広いビームを指示する情報をフィードバックする。言い換えると、前記端末５１０は前記広いビーム参照信号のうちそれぞれに対する受信信号強度を測定し、最大の受信信号強度を有する参照信号に対応するビームを好みの広いビームとして決定する。例えば、前記端末５１０は好みの広いビームに対応する前記基地局５００によって送信された広いビーム参照信号を決定する。本発明の一実施形態によって、前記端末５１０は２つ以上の広いビームを好みの広いビームとして決定する。本発明は２つの広いビームのみが好みの広いビームとして決定されることを仮定する。

次に、ステップ５０５で前記基地局５００は前記端末５１０を含むセクタ内の全ての端末から好みの広いビームを指示する情報を受信した後、後に送信される狭いビーム参照信号の伝送パターンを知らせるビームパターン情報を送信する。前記ビームパターン情報はインデックス方式、ビットマップ方式などで構成される。本発明の実施形態による２つのステップのビーム獲得手順の場合、好みの広いビームの選択結果とは関係なく狭いビームを参照信号が送信される測定区間が連続する。よって、好みの広いビームの個数に応じて各好みの広いビームに対応する狭いビーム参照信号が送信されるフレームの位置が異なる。しかし、好みの広いビームの全体の個数及び方向は前記基地局５００のみが知っているため、前記端末５１０は自らの好みの広いビーム以外の他の好みの広いビームの個数及び方向を知ることができず、それによって、前記狭いビーム参照信号の伝送パターンを知ることができない。よって、前記基地局５００は端末に後に送信される狭いビーム参照信号の伝送パターンを知らせる情報を提供すべきである。

例えば、前記端末５１０が好みの広いビームに対応する狭いビーム参照信号がどのフレームを介して送信されるのかを知ることができれば、言い換えると、前記端末５１０が好みの広いビーム及びフレームの対応関係を知ることができれば、前記端末５１０は自らの好みの広いビームに対応するフレームでのみ狭い参照信号を検出する。よって、前記ビームパターン情報は好みの広いビーム及びフレームの対応関係を知らせる情報を含む。ここで、広いビームのインデックス順番に応じて狭いビーム参照信号が送信される場合、前記好みの広いビーム及びフレームの対応関係は前記基地局５００で確認された少なくとも一つの好みの広いビームのインデックスとして表現される。又は、前記好みの広いビーム及びフレームの対応関係は、各好みの広いビームのインデックス及び対応するフレームのインデックスの組み合わせで表現される。

他の例として、前記端末５１０が後に送信される狭いビーム参照信号の個数を知ることができれば、前記端末５１０は全ての狭いビーム参照信号を検出する。よって、前記ビームパターン情報は前記送信される狭いビーム参照信号の個数を知らせる情報を含む。ここで、前記送信される狭いビーム参照信号の個数は、前記狭いビーム参照信号が送信されるフレームの個数、好みの広いビームの個数、前記狭いビーム参照信号が送信されるフレームのうち最後のフレームのインデックスなどを介して間接的に表現される。

即ち、前記ビームパターン情報は好みの広いビームのインデックス、好みの広いビームのインデックス及び対応するフレームのインデックスの組み合わせ、前記送信される狭いビーム参照信号の個数、前記狭いビーム参照信号が送信されるフレームの個数、好みの広いビームの個数、前記狭いビーム参照信号が送信されるフレームのうち最後のフレームのインデックスのうち少なくとも一つを含む。

次に、ステップ５０７乃至ステップ５０９で前記基地局５００は少なくとも一つの好みの広いビームに応じて狭いビーム参照信号を送信する方向の範囲を決定した後、決定された範囲内で狭いビーム参照信号を繰り返し送信する。前記狭いビームの参照信号はパイロットシンボルの形態で送信される。詳しくは、前記基地局５００は前記少なくとも一つの好みの広いビームの電波範囲を前記狭いビーム参照信号を送信する方向の範囲として決定する。そして、前記基地局５００は前記決定された範囲内で細密にビーム方向を変更しながら前記狭いビーム幅参照信号を順次に送信する。ここで、本発明では一つの広いビーム参照信号は４つの狭いビーム参照信号と対応し、フレーム当たり４つの狭いビーム参照信号が送信されることを仮定する。この場合、前記図５にしめしたように２つの好みの広いビームが選択された場合、前記基地局５００は２つのフレーム（例えば、ステップ５０７、ステップ５０９に示した）を介して総８つの狭いビーム参照信号を送信する。本発明の他の実施形態によって、前記図５のフレームはスーパーフレームに代替される。前記スーパーフレームは多数のフレームの束を意味する。

前記好みの広いビームの電波範囲内で狭いビーム参照信号が送信されるにつれ、ステップ５１１で前記端末５１０は好みの狭いビームを決定し、前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。言い換えると、前記端末５１０は前記狭いビーム参照信号のうちそれぞれに対する受信信号強度を測定し、最大の受信信号強度を有する参照信号に対するビームを好みの狭いビームとして決定する。この際、前記端末５１０は前記ビームパターン情報を介して前記狭いビーム参照信号の伝送パターンを把握し、前記伝送パターンに応じて前記狭いビーム参照信号を検出する。特に、前記ステップ５０５で送信されるビームパターン情報が好みの広いビーム及びフレームの対応関係を知らせる情報を含む場合、前記端末５１０は自らの好みの広いビームに対応するフレームでのみ前記狭いビーム参照信号を検出する。

前記図５において、前記端末５１０はｎ＋１番目のフレームから最後の狭いビーム参照信号を受信し、前記ｎ＋１番目のフレームから前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。しかし、前記図５に示した前記好みの狭いビームを指示する情報のフィードバック時点は一例であり、本発明の他の実施形態によって前記端末は前記ｎ＋１番目のフレームの後に前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。

前記図４に示した実施形態及び前記図５に示した実施形態を比べると以下のようである。前記図４に図示した実施形態はフレーム当たり２つの狭いビーム参照信号を送信し、前記図５に示した実施形態はフレーム当たり４つの狭いビーム参照信号を送信する。それによって、前記図４に示した実施形態の場合、フレーム当たりの参照信号によるオーバーヘッドが相対的に少ない。しかし、前記図４に示した実施形態の場合、狭いビーム参照信号の送信を完了するのに所要される時間が相対的に長い。よって、前記図４に示した実施形態は時間の遅延に敏感ではないサービスに有利であり、前記図５に示した実施形態は短い時間遅延を保障するサービスに有利である。

図６は、本発明の第３実施形態による無線通信システムにおけるビーム獲得のためのシグナリングを示す図である。

前記図６を参照すると、ステップ６０１基地局６００は広いビームにビームフォーミングされた広いビーム参照信号をセクタ内の全ての方向に繰り返し送信する。前記広いビーム参照信号は同期チャネル、プリアンブル、ミッドアンブルなどの形態で送信される。ここで、本発明は４つの広いビームで一つのセクタ内の全方向が支援されることを仮定する。それによって、前記基地局６００は４つの広いビーム参照信号を順次に送信する。

前記セクタ内の全ての方向に広いビーム参照信号が送信されることで、ステップ６０３で端末６１０は好みの広いビームを決定し、前記好みの広いビームを指示する情報をフィードバックする。言い換えると、前記端末６１０は前記広いビーム参照信号のうちそれぞれに対する受信信号強度を測定し、最大の受信信号強度を有する参照信号に対応するビームを好みの広いビームとして決定する。例えば、前記端末６１０は好みの広いビームに対応する前記基地局６００によって送信された広いビーム参照信号を決定する。本発明の一実施形態によって、前記端末４１０は２つ以上の広いビームを好みの広いビームとして決定する。本発明は、２つの広いビームのみが好みの広いビームとして決定されることを仮定する。

前記図６に示した実施形態の場合、狭いビーム参照信号は対応する広いビーム参照信号に応じて予め決められた位置のフレーム又はスーパーフレームから送信される。例えば、好みの広いビームに対するフィードバックが完了されてから４つのフレームのうち狭いビーム参照信号が送信される場合、第１広いビームの方向に送信される狭いビーム参照信号は第１フレームから、第２広いビームの方向に送信される狭いビーム参照信号は第２フレームから、第３広いビームの方向に送信される狭いビーム参照信号は第３フレームから、第４広いビームの方向に送信される狭いビーム参照信号は第４フレームから送信される。よって、一部の広いビームが好みの広いビームとして選択されない場合、選択されていない広いビームに対応する一部のフレームは狭いビーム参照信号を運搬しない。よって、端末は後に送信される狭いビーム参照信号の個数を知らなくても、自らの好みの広いビームに対応するフレームから自らの好みの広いビーム方向に狭いビーム参照信号が送信されることを判断する。よって、前記図６に示した実施形態の場合、前記図４及び前記図５の場合とは異なって前記基地局６００はビームパターン情報を送信しない。この場合、各広いビームに対応する狭いビームが送信されるフレームの位置に対する情報はシステム構成情報として前記端末６１０の初期アクセス過程のうち又は放送チャネルを介して周期的に送信される。但し、本発明の他の実施形態によって、前記基地局６００は端末の狭いビーム受信動作の確実性を保障するために広いビーム及びフレームの対応関係を示すビームパターン情報を送信する。

次に、ステップ６０５乃至ステップ６０７で前記基地局６００は少なくとも一つの好みの広いビームに応じて狭いビーム参照信号を送信する方向及びフレームを決定した後、決定された少なくとも一つのフレームを介して決定された範囲内で狭いビーム参照信号を繰り返し送信する。前記狭いビームの参照信号はパイロットシンボルの形態で送信される。詳しくは、前記基地局６００は前記少なくとも一つの好みの広いビームの電波範囲を前記狭いビーム参照信号を送信する方向の範囲として決定する。そして、前記基地局６００は前記決定された範囲内で細密にビーム方向を変更し、前記決定された少なくとも一つのフレームを介して前記狭いビーム幅参照信号を順次に送信する。ここで、本発明では一つの広いビーム参照信号は４つの狭いビーム参照信号と対応し、フレーム当たり４つの狭いビーム参照信号が送信されることを仮定する。この場合、前記図６に示したように第２広いビーム及び第４広いビームが好みの広いビームとして選択された場合、前記基地局６００はｎ＋１番目のフレームを介して第２広いビームの電波範囲内で４つの狭いビーム参照信号を、ｎ＋３番目のフレームを介して第４広いビームの電波範囲内で４つの狭いビーム参照信号を送信する。本発明の他の実施形態によって、前記図６のフレームはスーパーフレームに代替される。前記スーパーフレームは多数のフレームの束を意味する。

前記好みの広いビームの電波範囲内で狭いビーム参照信号が送信されるにつれ、ステップ６０９で前記端末６１０は好みの狭いビームを決定し、前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。言い換えると、前記端末６１０は自らの好みの広いビームに対応するフレームを介して送信された狭いビーム参照信号それぞれに対する受信信号強度を測定し、最大の受信信号強度を有する参照信号に対応するビームを好みの狭いビームとして決定する。

前記図６において、前記端末６１０はｎ＋３番目のフレームから最後の狭いビーム参照信号を受信し、前記ｎ＋３番目のフレームから前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。しかし、前記図６に示した前記好みの狭いビームを指示する情報のフィードバック時点は一例であり、本発明の他の実施形態によって前記端末は前記ｎ＋３番目のフレームの後に前記好みの狭いビームを指示する情報をフィードバックする。

前記図４乃至前記図６を参照して説明した実施形態において、基地局は広いビーム参照信号を利用して狭いビーム参照信号の送信範囲を最小化する。しかし、セル又はセクタ内に端末が均一に分布した場合、前記広いビーム参照信号の送信にもかかわらず全ての方向に狭いビーム参照信号を送信する。この場合、広いビーム参照信号を送信する過程の意味が大きくない。即ち、セル又はセクタ内に端末が均一に分布した場合、前記広いビーム参照信号は却ってシステムオーバーヘッド及び時間遅延を増加させる。

よって、本発明の他の実施形態によって、ビーム獲得手順を行う前に前記基地局はセル又はセクタ内の端末の分布を考慮して前記広いビーム参照信号の送信可否を判断する。判断結果、前記端末が均一に分布すると前記基地局は広いビーム参照信号の送信を省略し、セル又はセクタ内の全方向に狭いビーム参照信号を送信する。一方、前記端末が均一に分布しなければ、前記基地局は前記図４乃至前記図６に示したように広いビーム参照信号を利用して狭いビーム参照信号を送信する方向の範囲を決定した後、狭いビーム参照信号を送信する。

例えば、端末の分布を確認する方案として位置基盤システムが考慮される。位置基盤システムはＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）信号又は隣接基地局の伝送信号を利用して端末の位置を測定する。又は、端末の分布を確認する他の方案として、分布を確認するための追加的な手順なしに基地局は本発明の実施形態によるビーム獲得手順を利用する。即ち、本発明の実施形態によるビーム獲得手順はシステム運営過程で周期的に又は非周期的に繰り返し実施される。よって、前記基地局は以前に行われたビーム獲得手順の測定結果を利用して端末の分布が均一であるのか否かを判断する。

以下、本発明は上述したようにビーム獲得手順を行う基地局及び端末の動作及び構成を図面を参照して詳細に説明する。

図７は、本発明の実施形態による無線通信システムで最適のビームを選択するための基地局の動作手順を示す図である。

前記図７を参照すると、前記基地局はステップ７０１でサービス領域内で端末が均一に分布しているのかを判断する。ここで、前記サービス領域はセル又はセクタを意味する。例えば、前記端末が均一に分布するのか否かは、ＧＰＳ又は隣接基地局の信号を利用して測定された各端末の位置情報を利用して判断される。他の実施形態として、前記端末が均一に分布するのか否かは、以前に行われた本発明の実施形態によるビーム獲得手順の測定情報を使用して判断される。

もし、前記端末が均一に分布していれば、前記基地局はステップ７０３に進行してサービス領域内の全方向に狭いビーム参照信号を繰り返し送信する。即ち、前記基地局は広いビーム参照信号を送信するステップを行わずに互いに異なる方向の狭いビームにビームフォーミングされた参照信号を順次に送信する。

一方、前記端末が均一に分布していなければ、言い換えると、前記端末が特定領域に集中しているか特定領域に存在しない場合、前記基地局はステップ７０５に進行してサービス領域内の全方向に狭いビーム参照信号を繰り返し送信する。即ち、前記基地局は互いに異なる方向の広いビームでビームフォーミングされた参照信号を順次に送信する。ここで、前記広いビーム参照信号は同期チャネル、プリアンブル、ミッドアンブルなどの形態で送信される。

前記広いビーム参照信号を送信した後、前記基地局はステップ７０７に進行して少なくとも一つの端末から受信されるフィードバック信号を介して前記少なくとも一つの端末の好みの広いビームを確認する。前記フィードバック信号は前記フィードバック信号を送信した端末の好みの広いビームを指示する情報を含む。前記好みの広いビームを指示する情報は参照信号のインデックス又はビームのインデックスを含む。

前記少なくとも一つの端末の好みの広いビームを確認した後、前記基地局はステップ７０９に進行して狭いビーム参照信号の伝送パターンを決定する。前記伝送パターンは前記いくつかの狭いビーム参照信号を送信するのか、どの測定区間を介してどの広いビームに対応する狭いビーム参照信号を送信するのかの問題である。ここで、前記測定区間はフレーム又はスーパーフレームで指示される。言い換えると、前記基地局は前記少なくとも一つの端末の好みの広いビームに応じていくつかの狭いビーム参照信号を送信するのか、どの測定区間を介してどの広いビームに対応する狭いビーム参照信号を送信するのかを決定する。例えば、前記図４及び前記図５に示したように、好みの広いビームの選択結果とは関係なく狭いビーム参照信号が送信される測定区間が連続する場合、前記基地局は前記少なくとも一つの好みの広いビームの個数に応じて前記狭いビーム参照信号を送信する測定区間の個数を決定する。そして、前記基地局は連続した測定区間を好みの広いビームに割り当て、狭いビーム参照信号を対応する好みの広いビームに割り当てられた測定区間を介して送信することを決定する。他の例として、前記図６に示したように好みの広いビームの選択結果に応じて狭いビーム参照信号が送信される測定区間の分布が異なる場合、前記基地局は予め定義された対応関係に応じて前記少なくとも一つの好みの広いビームに対応する少なくとも一つの測定区間の位置を確認し、狭いビーム参照信号を対応する好みの広いビームに対応する測定区間を介して送信することを決定する。

前記伝送パターンを決定した後、前記基地局はステップ７１１に進行して前記伝送パターンを知らせるビームパターン情報を送信する。例えば、前記ビームパターン情報は好みの広いビームのインデックス、好みの広いビームのインデックス及び対応する測定区間のインデックスの組み合わせ、前記送信される狭いビームの参照信号の個数、前記狭いビーム参照信号が送信される測定区間の個数、好みの広いビームの個数、前記狭いビーム参照信号が送信される測定区間のうち最後の測定区間のインデックスのうち少なくとも一つを含む。但し、好みの広いビーム及び測定区間の対応関係が予め定義された場合、前記ステップ７１１は省略される。例えば、前記図６のような実施形態の場合には前記ステップ７１１は省略される。

次に、前記基地局はステップ７１３に進行して好みの広いビームの電波範囲内で狭いビーム参照信号を繰り返し送信する。この際、前記基地局は前記伝送パターンに応じて前記狭いビーム参照信号を送信する。例えば、前記図４及び前記図５に示したように、前記基地局は連続した測定区間を介して狭いビーム参照信号を送信する。他の例として、前記図６に示したように、前記基地局は好みの広いビームに対応する位置の測定区間を介して狭いビーム参照信号を送信する。

前記ステップ７０３又は前記ステップ７１３において、前記狭いビーム参照信号を送信した後、前記基地局はステップ７１５に進行して少なくとも一つの端末から受信されるフィードバック信号を介して前記少なくとも一つの端末の好みの狭いビームを確認する。前記フィードバック信号は前記フィードバック信号を送信した端末の好みの狭いビームを指示する情報を含む。前記好みの狭いビームを指示する情報は参照信号のインデックス又はビームのインデックスを含む。

前記図７を参照して説明した方法は、前記基地局を含む電子装置に貯蔵された少なくとも一つのソフトウェアモジュール、コンピュータプログラムとして提供される。

図８は、本発明の実施形態による無線通信システムで最適のビームを選択するための端末の動作手順を示す図である。

前記図８を参照すると、前記端末はステップ８０１で基地局から送信される広いビーム参照信号に対する受信信号強度を測定する。前記広いビーム参照信号は前記基地局のサービス領域内の全方向に繰り返し送信される。前記広いビーム参照信号は同期チャネル、プリアンブル、ミッドアンブルの形態で送信される。

前記広いビーム参照信号に対する受信信号強度を測定した後、前記端末はステップ８０３に進行して好みの広いビームを知らせるフィードバック信号を送信する。前記フィードバック信号は前記端末の好みの広いビームを指示する情報を含む。前記好みの広いビームを指示する情報は参照信号のインデックス又はビームのインデックスを含む。この際、前記端末は２つ以上の広いビームを好みの広いビームとして決定する。

次に、前記端末はステップ８０５に進行して狭いビーム参照信号の伝送パターンを確認する。本発明の他の実施形態によって、前記端末は前記基地局から提供されるビームパターン情報に応じて前記伝送パターンを判断する。例えば、前記ビームパターン情報は好みの広いビームのインデックス、好みの広いビームのインデックス及び対応する測定区間のインデックスの組み合わせ、送信される第２幅にビームフォーミングされた参照信号の個数、第２幅にビームフォーミングされたビーム参照信号が送信される測定区間の個数、好みの広いビームの個数、第２幅にビームフォーミングされたビーム参照信号が送信される測定区間のうち最後の測定区間のインデックスのうち少なくとも一つを含む。詳しくは、前記端末は前記基地局から前記伝送パターンを知らせるビームパターン情報を受信し、前記ビームパターン情報を介して送信される狭いビーム参照信号の個数を判断する。そして、前記端末は前記ビームパターン情報を介して前記好みの広いビームに割り当てられた測定区間を確認する。ここで、前記好みの広いビームに割り当てられた測定区間は全体の好みの広いビームのうち前記端末の好みの広いビームのインデックス順番に応じて決定される。

本発明の他の実施形態によって、前記端末は予め定義された対応関係に応じて前記好みの広いビームに対応する測定区間を確認する。詳しくは、前記端末は好みの広いビームの個数及び方向とは関係なく予め定義された好みの広いビーム及び測定区間の対応関係を知っており、それに応じて前記端末は全体の広いビームのうち前記端末の好みの広いビームのインデックス順番に応じて該当測定区間を判断する。

前記伝送パターンを確認した後、前記端末はステップ８０７に進行して前記基地局から送信される狭いビーム参照信号に対する受信信号強度を測定する。この際、前記ビームパターン情報を利用して前記好みに広いビームに割り当てられた測定区間を確認した場合、前記端末は前記測定区間でのみ前記狭いビーム参照信号を検出して前記受信信号強度を測定する。また、予め定義された対応関係に応じて前記好みの狭いビームに割り当てられた測定区間を確認した場合、前記端末は前記測定区間でのみ狭いビーム参照信号を検出して前記受信信号強度を測定する。また、前記ビームパターン情報を介して前記狭いビーム参照信号の個数のみを確認した場合、前記端末は前記個数に対応する測定区間の間に全ての狭いビーム参照信号を検出して前記受信信号強度を測定する。

前記狭いビーム参照信号に対する受信信号強度を測定した後、前記端末はステップ８０９に進行して好みの狭いビームを知らせるフィードバック信号を送信する。前記フィードバック信号は前記端末の好みの狭いビームを指示する情報を含む。前記好みの狭いビームを指示する情報は参照信号のインデックス又はビームのインデックスを含む。

前記図８を参照して説明した方法は、前記端末を含む電子装置に貯蔵された少なくとも一つのソフトウェアモジュール、コンピュータプログラムとして提供される。

図９は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける基地局のブロック構成を示す図である。

前記図９を参照すると、前記基地局はモデム９１０、受信部９２０、送信ＲＦチェーン９３０、ビームフォーミング部９４０、アンテナアレイ９５０、制御部９６０を含んで構成される。

前記モデム９１０は、システムの物理階層規格に応じて基底帯域信号及びビット列間の変換機能を行う。例えば、ＯＦＤＭ方式による場合、データを送信する際、前記モデム９１０は送信ビット列を符号化及び変調することで複素シンボルを生成し、前記複素シンボルを副搬送波にマッピングした後、ＩＦＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）演算及びＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）挿入を介してＯＦＤＭシンボルを構成する。また、データを受信する際、前記モデム９１０は基底帯域信号をＯＦＤＭシンボル単位に分割し、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を介して副搬送波にマッピングされた信号を復元した後、復調及び復号化を介して受信ビット列を復元する。前記受信機９２０は、端末から受信されるＲＦ信号を基底帯域デジタル信号に変換する。詳しく図示していないが、前記受信部９２０はアンテナ、受信ＲＦチェーンなどを含む。

前記送信ＲＦチェーン９３０は前記モデム９１０から提供される基底帯域デジタル信号列（ｓｔｒｅａｍ）をＲＦ帯域のアナログ信号に変換する。例えば、前記送信ＲＦチェーン９３０は増幅器、ミキサー（Ｍｉｘｅｒ），オシレータ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＤＡＣ（ＤｉｇｉｔａｌｔｏＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｏｒ）、フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）などを含む。前記基地局は前記送信ＲＦチェーン９３０の個数だけ送信ビームを同時に形成する。

前記ビームフォーミング部９４０は前記送信ＲＦチェーン９３０から提供される送信信号に対して送信ビームフォーミングを行う。例えば、前記ビームフォーミング部９４０は多数の位相変換機、多数の増幅器、信号合算機を含む。即ち、前記ビームフォーミング部８２０は前記送信ＲＦチェーン９３０それぞれから送信される送信信号を前記アンテナアレイ９５０に含まれた前記多数のアンテナの個数だけ分岐し、各分岐された信号の位相を調節する。また、前記ビームフォーミング部８２０は同じアンテナに送信される信号を合算する。前記アンテナアレイ９５０は多数のアンテナの集合体であって多数のアレイエレメントを含み、前記ビームフォーミング部９４０から提供される信号を無線チャネルに放射する。

前記制御部９６０は前記基地局の全般的機能を制御する。例えば、前記制御部９６０は送信トラフィックパケット及びメッセージを生成して前記モデム９１０に提供し、前記モデム９１０から提供される受信トラフィックパケット及びメッセージを解釈する。特に、前記制御部９６０はビーム獲得手順を行うように制御する。前記ビーム獲得手順のための前記制御部９６０の動作を調べると以下のようである。

前記制御部９６０はサービス領域内で端末が均一に分布しているのかを判断する。もし、前記端末が均一に分布していれば、前記制御部９６０はサービス領域内の全方向に狭いビーム参照信号を繰り返し送信するように前記モデム９１０及び前記ビームフォーミング部９４０を制御する。一方、前記端末が均一に分布していなければ、前記制御部９６０はサービス領域内の全方向に広いビーム参照信号を繰り返し送信するように前記モデム９１０及び前記ビームフォーミング部９４０を制御する。そして、前記制御部９６０は端末の好みの広いビームに応じて狭いビーム参照信号を送信する方向の範囲を決定した後、決定された範囲内で前記狭いビーム参照信号を送信するように前記モデム９１０及び前記ビームフォーミング部９４０を制御する。そして、前記制御部９６０は前記受信部９２０を介して受信されるフィードバック信号を介して端末の好みの広いビーム及び端末の好みの狭いビームを確認する。

前記狭いビーム参照信号を送信する場合、前記制御部９１０は狭いビーム参照信号の伝送パターンを決定する。例えば、前記図４及び前記図５に示したように、好みの広いビームの選択結果とは関係なく狭いビーム参照信号が送信される測定区間が連続する場合、前記制御部９１０は前記少なくとも一つの好みの広いビームの個数に応じて前記狭いビーム参照信号を送信する測定区間の個数を決定する。そして、前記制御部９１０は連続した測定区間を好みの広いビームに割り当て、狭いビーム参照信号を対応する好みの広いビームに割り当てられた測定区間を介して送信することを決定する。他の例として、前記図６に示したように好みの広いビームの選択結果に応じて狭いビーム参照信号が送信される測定区間の分布が異なる場合、前記制御部９１０は予め定義された対応関係に応じて前記少なくとも一つの好みの広いビームに対応する少なくとも一つの測定区間の位置を確認し、狭いビーム参照信号を対応する好みの広いビームに対応する測定区間を介して送信することを決定する。前記伝送パターンを決定した後、前記制御部９１０は前記伝送パターンを知らせるビームパターン情報を送信する。但し、好みの広いビーム及び測定区間の対応関係が予め定義された場合、前記ビームパターン情報の送信は省略される。

図１０は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末のブロック構成を示す図である。

前記図１０に示したように、前記端末はアンテナアレイ１０１０、ビームフォーミング部１０２０、受信ＲＦチェーン１０３０、モデム１０４０、送信部１０５０、制御部１０６０を含んで構成される。

前記アンテナアレイ１０１０は多数のアンテナの集合体であって、多数のアレイエレメントを含む。前記ビームフォーミング部１０２０は、前記アンテナアレイ１０１０を構成する多数のアンテナを介して受信される信号に対して受信ビームフォーミングを行う。例えば、前記ビームフォーミング部１０２０は多数の増幅器、多数の位相変換機、信号合算機を含む。即ち、前記ビームフォーミング部１０２０は前記多数のアンテナそれぞれを介して受信された信号の位相を調節し合算することで受信ビームフォーミングを行う。前記受信ＲＦチェーン１０３０はＲＦ帯域のアナログ受信信号を基底帯域デジタル信号に変換する。例えば、前記受信ＲＦチェーン１０３０は増幅器、ミキサー、オシレータ、ＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｏｒ）、フィルタなどを含む。

前記モデム１０４０は、システムの物理階層規格に応じて基底帯域信号及びビット列間の変換機能を行う。例えば、ＯＦＤＭ方式による場合、データを送信する際、前記モデム１０４０は送信ビット列を符号化及び変調することで複素シンボルを生成し、前記複素シンボルを副搬送波にマッピングした後、ＩＦＦＴ演算及びＣＰ挿入を介してＯＦＤＭシンボルを構成する。また、データを受信する際、前記モデム１０４０は前記受信ＲＦチェーン１０３０から提供される基底帯域信号をＯＦＤＭシンボル単位で分割し、ＦＦＴ演算を介して副搬送波にマッピングされた信号を復元した後、復調及び復号化を介して受信ビット列を復元する。

特に、前記モデム１０４０は基地局から送信される参照信号に対する受信信号強度を測定する。詳しくは、前記モデム１０４０は前記基地局から送信される広いビーム参照信号及び狭いビーム参照信号を検出し、各参照信号に対する受信信号強度を測定した後、前記受信信号強度を前記制御部１０６０に提供する。この際、前記モデム１０４０は前記制御部１０６０の制御に応じて狭いビーム参照信号を検出する。例えば、基地局から提供されるビームパターン情報を利用して前記好みに広いビームに割り当てられた測定区間を確認した場合、前記モデム１０４０は前記測定区間でのみ狭いビーム参照信号を検出して前記受信信号強度を測定する。また、予め定義された対応関係に応じて前記好みに狭いビームに割り当てられた測定区間を確認した場合、前記モデム１０４０は前記測定区間でのみ狭いビーム参照信号を検出して前記受信信号強度を測定する。また、前記ビームパターン情報を介して前記狭いビーム参照信号の個数のみを確認した場合、前記モデム１０４０は前記個数に対応する測定区間の間に全ての狭いビーム参照信号を検出して前記受信信号強度を測定する。

前記送信部１０４０は、前記モデム１０４０から提供される送信信号をＲＦ帯域信号に変換して前記基地局に送信する。詳しく図示していないが、前記送信部１０５０は送信ＲＦチェーン、アンテナなどを含む。

前記制御機１０６０は前記端末の全般的機能を制御する。例えば、前記制御部１０６０は送信トラフィックパケット及びメッセージを生成して前記モデム１０４０に提供し、前記モデム１０４０から提供される受信トラフィックパケット及びメッセージを解釈する。特に、前記制御部１０６０はビーム獲得手順を行うように制御する。前記ビーム獲得手順のための前記制御部１０６０の動作を説明すると以下のようである。

前記制御部１０６０は前記基地局から送信された広いビーム参照信号及び狭いビーム参照信号に対する受信信号強度を利用し、好みの広いビーム及び好みの狭いビームを決定する。そして、前記制御部１０６０は前記送信部１０５０を介して前記好みの広いビームを知らせるフィードバック信号及び前記好みの狭いビームを知らせるフィードバック信号を前記基地局に送信する。特に、前記制御部１０６０は前記狭いビーム参照信号を検出するために前記狭いビーム参照信号の伝送パターンを確認する。本発明の実施形態によって、前記制御部１０６０は前記基地局から提供されるビームパターン情報に応じて前記伝送パターンを判断する。詳しくは、前記制御部１０６０は前記基地局から前記伝送パターンを知らせるビームパターン情報を受信し、前記ビームパターン情報を介して送信される狭いビーム参照信号の個数を判断する。そして、前記制御部１０６０は前記ビームパターン情報を介して前記好みの広いビームに割り当てられた測定区間を確認する。ここで、前記好みの広いビームに割り当てられた測定区間は全体の好みの広いビームのうち前記端末の好みの広いビームのインデックス順番に応じて決定される。本発明の他の実施形態によって、前記制御部１０６０は予め定義された対応関係に応じて前記好みの広いビームに対応する測定区間を確認する。詳しくは、前記制御部１０６０は好みの広いビームの個数及び方向とは関係なく予め定義された好みの広いビーム及び測定区間の対応関係を知っており、それに応じて前記制御部１０６０は全体の広いビームのうち前記端末の好みの広いビームのインデックス順番に応じて該当測定区間を確認する。

本発明の請求項及び／又は明細書に記載された実施形態による方法はハードウェア、ソフトウェア又はハードウェアとソフトウェアが組み合わせられた形態に具現される（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ）。

前記ソフトウェアはコンピュータで判読可能な貯蔵媒体に貯蔵される。前記コンピュータで判読可能な貯蔵媒体は一つ以上のプログラム（ソフトウェアモジュール）を貯蔵し、前記一つ以上のプログラムは、電子装置内の少なくとも一つのプロセッサによって実行される際に電子装置に本発明の方法を実行させる命令語（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を含む。

このようなプログラム（ソフトウェアモジュール、ソフトウェア）はランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュ（ｆｌａｓｈ）メモリなどの不揮発性（ｎｏｎ−ｖｉｌａｔｉｌｅ）メモリ、ロム（ＲＯＭ：ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、電気的に削除可能なプログラマブルロム（ＥＥＰＲＯＭ：ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク貯蔵装置（ｍａｇｎｅｔｉｃｄｉｓｃｓｔｏｒａｇｅｄｅｖｉｃｅ）、コンパクトディスクロム（ＣＤ−ＲＯＭ：ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ−ＲＯＭ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤｓ：ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃｓ）又は他の形態の光学貯蔵装置、磁気カセット（ｍａｇｎｅｔｉｃｃａｓｓｅｔｔｅ）に貯蔵される。上述した貯蔵手段及び貯蔵媒体は、実行される場合、発明の実施形態を実行する命令語を含むログラム又はプログラムを貯蔵するのに適合した機械で判読可能な（ｍａｃｈｉｎｅ−ｒｅａｄａｂｌｅ）貯蔵装置の例示である。

本発明はスマートフォン、移動通信端末などのような携帯用端末を含む前記電子装置に具現される。前記携帯用端末は電子装置の例示として使用される。

無線通信システムで相対的に少ないオーバーヘッドを発生させる広いビームを利用して高い利得を得るための狭いビームにビームフォーミングされた参照信号の送信範囲を決定することで、最小限のオーバーヘッドで最適のビームを決定することができる。

一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能であることはもちろんである。よって、本発明の範囲は説明された実施形態に限って決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって決められるべきである。

１００基地局
２００基地局
２１０，２２０，２３０端末
３００基地局
３１０，３２０，３３０端末
４００基地局
９１０モデム
９２０受信部
９３０チェーン
９４０ビームフォーミング部
９５０アンテナアレイ
９６０制御部

Claims

無線通信システムにおける基地局の動作方法において、
同期チャンネルを介して第１ビーム幅を有する１次（ｐｒｉｍａｒｙ）参照信号を送信する過程と、
少なくとも一つの端末から前記１次参照信号のうち好まれる少なくとも一つの１次参照信号を知らせるフィードバック信号を受信する過程と、
前記フィードバック信号に基づいて決定された２次（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）参照信号の割り当てに関する情報を送信する過程と、
第２ビーム幅を有する前記２次参照信号を送信する過程と、を含み、
前記２次参照信号のそれぞれは、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）範囲内に属する方向へ送信される方法。
フレームあたり送信される前記２次参照信号の個数は、サービスの属性に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
前記２次参照信号を送信する過程は、
前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の個数に基づいて前記２次参照信号を伝達する測定区間の個数を決定する過程と、
前記測定区間を介して前記２次参照信号を送信する過程と、を含む請求項１に記載の方法。
前記情報は、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス及び対応する少なくとも一つの測定区間のインデックスの組み合わせ、前記２次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間の個数、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間のうち最後の測定区間のインデックスのうち少なくとも一つを含む請求項１に記載の方法。
フレームあたり送信される２次参照信号の個数は、時間遅延及びオーバーヘッドに基づいて決定される請求項１に記載の方法。
無線通信システムにおける端末の動作方法において、
基地局から、同期チャンネルを介して第１ビーム幅を有する１次（ｐｒｉｍａｒｙ）参照信号のうち少なくとも一つを受信する過程と、
前記１次参照信号のうち好まれる少なくとも一つの１次参照信号を知らせるフィードバック信号す送信する過程と、
前記フィードバック信号に基づいて決定された、
２次（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）参照信号の割り当てに関する情報を受信する過程と、
第２ビーム幅を有する前記２次参照信号のうち少なくとも一つを受信する過程と、を含み、
前記２次参照信号のそれぞれは、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）範囲内に属する方向へ送信される方法。
前記情報は、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス及び対応する少なくとも一つの測定区間のインデックスの組み合わせ、前記２次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間の個数、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間のうち最後の測定区間のインデックスのうち少なくとも一つを含む請求項６に記載の方法。
フレームあたり送信される前記２次参照信号の個数は、サービスの属性に基づいて決定される請求項７に記載の方法。
フレームあたり送信される前記２次参照信号の個数は、時間遅延及びオーバーヘッドに基づいて決定される請求項６に記載の方法。
前記２次参照信号のうち少なくとも一つを受信する過程は、
予め定義された対応関係に応じて前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号に対応する測定区間を決定する過程と、
前記測定区間の間、前記２次参照信号のうち少なくとも一つを検出する過程と、を含む請求項６に記載の方法。
無線通信システムにおける基地局装置において、
同期チャンネルを介して第１ビーム幅を有する１次（ｐｒｉｍａｒｙ）参照信号を送信し、少なくとも一つの端末から前記１次参照信号のうち好まれる少なくとも一つの１次参照信号を知らせるフィードバック信号を受信し、前記フィードバック信号に基づいて決定された２次（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）参照信号の割り当てに関する情報を送信し、第２ビーム幅を有する前記２次参照信号を送信する送受信部を含み、
前記２次参照信号のそれぞれは、前記好まれる少なくとも１つの１次参照信号の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）範囲内に属する方向へ送信される装置。
フレームあたり送信される前記２次参照信号の個数は、サービスの属性に基づいて決定される請求項１１に記載の装置。
フレームあたり送信される前記２次参照信号の個数は、時間遅延及びオーバーヘッドに基づいて決定される請求項１１に記載の装置。
前記少なくとも一つの１次好みのビームの個数に基づいて前記２次参照信号を伝達する測定区間の個数を決定し、
前記測定区間を介して前記２次参照信号を送信するように制御する制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
前記情報は、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス及び対応する少なくとも一つの測定区間のインデックスの組み合わせ、前記２次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間の個数、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間のうち最後の測定区間のインデックスのうち少なくとも一つを含む請求項１１に記載の装置。
無線通信システムにおける端末装置において、
基地局から同期チャンネルを介して第１ビーム幅を有する１次参照信号のうち少なくとも一つを受信し、前記１次参照信号のうち好まれる少なくとも一つの１次参照信号を知らせるフィードバック信号を送信し、前記フィードバック信号に基づいて決定された２次（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）参照信号の割り当てに関する情報を受信し、第２ビーム幅を有する前記２次参照信号のうち少なくとも一つを受信する送受信部を含み、
前記２次参照信号のそれぞれは、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）範囲内に属する方向へ送信される装置。
前記情報は、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号のインデックス及び対応する少なくとも一つの測定区間のインデックスの組み合わせ、前記２次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間の個数、前記好まれる少なくとも一つの１次参照信号の個数、前記２次参照信号を伝達する測定区間のうち最後の測定区間のインデックスのうち少なくとも一つを含む請求項１６に記載の装置。
前記送受信部は、予め定義された対応関係に応じて１次好みのビームに対応する測定区間を決定し、
前記送受信部は、前記測定区間の間、前記２次参照信号のうち少なくとも一つを検出する請求項１６に記載の装置。
フレームあたり送信される前記２次参照信号の個数は、サービスの属性に基づいて決定される請求項１６に記載の装置。
フレームあたり送信される２次参照信号の個数は、時間遅延及びオーバーヘッドに基づいて決定される請求項１６に記載の装置。