JP6184949B2 - 無線通信システムにおけるビーム固定装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関するものである。

無線通信システムの性能を向上させるための技術として、ビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ））が適用される。一般に、前記ビームフォーミングはアンテナを利用してビームに方向性を付与することで特定の受信者に対する信号の受信強度を高める技術である。前記ビームフォーミングは前記ビームフォーミング動作を行う通信要素に応じて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分けられる。

図１は、無線通信システムにおけるビームフォーミング技術を適用した基地局のビームを示す図である。前記図１参照すると、基地局は多数のセクター（ｓｅｃｔｏｒ）を含み、各セクターで方向性を有する多数のビームを形成する。前記ビームフォーミングが適用される場合、電波パターン（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ）が狭くなる。よって、一つの基地局セル又はセクターをサービスするためにはセクターでのアンテナより多い個数のビームが使用されなければならない。基地局が狭い範囲のビームフォーミングを行うことで、ユーザ局（ｕｓｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ）はよりよいチャネル状態を得ることができる。

ユーザ局は前記基地局の様々なビームのうち最もよいビームを選択し、回転や移動に応じて新しいビームを選択すべきである。前記ビームの選択はビーム幅が狭くなるほど頻繁に発生する。また、使用局もビームフォーミングを行う場合、基地局のビーム方向とユーザ局のビーム方向が一致すると最もよいチャネル状態を得ることができる。しかし、固定されている基地局とは異なって前記ユーザ局は移動可能であり、更に前記基地局と向き合う機器の方向も用意に変更される。よって、前記ユーザ局のビーム方向及び基地局のビーム方向が外れる現象が頻繁に発生する可能性がある。

上述した従来技術の問題点を解決するための本発明の目的は、無線通信システムにおけるビームフォーミングを行うユーザ局のビーム方向を維持するための装置及びその方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、無線接続システムにおけるユーザ局の回転及び移動のうち少なくとも一つに応じてビーム方向を補償するための装置及びその方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の第１見地によると、無線通信システムでビームフォーミングを行う装置は、前記装置の移動及び回転のうち少なくとも一つの変化量を測定する検出部と、前記変化量に応じて相手の装置とビーム方向を一致させるためのビームフォーミングパラメータを決定する算出部と、を含むことを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明の第２見地によると、無線通信システムでビームフォーミングを行う方法は、前記装置の移動及び回転のうち少なくとも一つの変化量を測定する過程と、前記変化量に応じて相手の方法とビーム方向を一致させるためのビームフォーミングパラメータを決定する過程と、を含むことを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明の第３見地によると、無線通信システムでユーザ局の動作方法は、ユーザ局の移動及び回転によるビーム方向の変化を補償することでビーム方向を基準方向に維持するように制御するビーム固定技法を支援することを知らせる制御メッセージを生成する過程と、前記制御メッセージを基地局に送信する過程と、を含むことを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明の第４見地によると、無線通信システムで基地局の動作方法は、ユーザ局の移動及び回転によるビーム方向の変化を補償することでビーム方向に維持するように制御するビーム固定技法を支援することを知らせる制御メッセージを受信する過程と、前記制御メッセージを介して前記ユーザ局が前記ビーム固定技法を支援するのか否かを判断する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明の他の見地、利益、主な特徴は、以下添付した本発明の実施形態及び図面ととも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。

下記発明の概要を始める前に、本特許文献全般に使用される特定単語及び句の定義を説明することが有利である。即ち、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ，ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語及びそれの派生語は制限なく含むことを意味し、「また（ｏｒ）」という用語は包括的な意味であり、及び／又は「〜に関する（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ）」という句及びそれの派生語は〜を含む、〜内に含まれる、〜と相互接続する、〜を含有する、〜に含有される、〜と接続する又は〜に接続させる、〜と連結する又は〜に連結させる、〜と通信可能である、〜と協力する、〜を差し込む、〜と併置する、〜に近い、〜に結ばれる又は〜で結ばれる、〜を有する、〜の特性を有するなどを意味してもよく、「制御器」という用語は少なくとも一つの動作を制御するが、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれらのうち少なくとも２つの一部組み合わせで具現される任意のディバイス、システム又はそれらの一部分を意味する。任意の特定制御器に関する機能が近距離であれ遠距離であれ、中央集中されるか分配され得るということに留意しなければならない。特定単語及び句に対する定義はこの特許文書の全般にかけて提供され、当業者であれば、殆どの場合ではなければ多くの部分でそのような定義がそのように定義された単語及び句の以前及び今後の使用に適用されるということを理解できるはずである。

本発明及びその長所に対するより完全なる理解のために、後述する発明の概要に対して添付した図面と共に参照番号が提供される。

無線通信システムにおけるビームフォーミング技術を適用した基地局のビームを示す図である。 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及びユーザ局のビーム方向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における基地局及びユーザ局のビーム方向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における基地局及びユーザ局のビーム方向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における基地局及びユーザ局のビーム方向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ユーザ局の回転に応じて補償されるビーム方向を示す図である。 本発明の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う手順を示す図である。 本発明の他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う手順を示す図である。 本発明のまた他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う手順を示す図である。 本発明の更に他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う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ビーム固定技法を行う装置のブロック構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う装置のブロック構成を示す図である。 本発明のまた他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う装置のブロック構成を示す図である。 本発明の更に他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う装置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ビーム固定部のブロック構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による無線通信システムにおけるビーム固定部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で基地局及びユーザ局間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ビーム固定技法を適用した場合のビーム訓練手順を示す図である。

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。

下記説明する図２及び図１１を介して、本文書で本発明の原理を説明するために使用される多様な実施形態は一例に過ぎず、本発明は本文書の範囲に限られない。当業者にとって、本発明の原理はいかなる種類の無線通信システムにも適用可能であることは自明である。

本発明は、無線通信システムにおけるビームフォーミングを行う際にビーム方向を維持するための装置及びその方法に関するものである。以下、本発明は無線通信システムにおけるユーザ局のビーム方向を維持するための技術について説明する。

図２ａ乃至図２ｄ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及びユーザ局のビーム方向の例を示す図である。

前記図２ａを参照すると、基地局２１０の送受信のためのビーム方向及びユーザ局２２０の送受信のためのビーム方向が一致する。前記基地局２１０のビーム方向が前記ユーザ局２２０に向かうと、前記ユーザ局２２０は前記基地局２１０のビーム範囲の中に置かれる。また、前記ビーム範囲内に位置する前記ユーザ局２００もデータ送受信の信頼度及び効率を高めるために前記基地局２１０に向かうビームを形成する。前記図２ａに示したように、前記基地局２１０及び前記ユーザ局２２０のビーム方向が一致すると最もよい通信品質が得られる。

一般に、前記基地局２１０及び前記使用局間のビーム方向を一致させるためにビーム訓練（ｂｅａｍ ｔｒａｉｎｉｎｇ）が使用される。前記ビーム訓練はダウンリンク及びアップリンクで区分される。ダウンリンクの場合、前記基地局２１０で特定方向のビーム訓練用基準信号（ｂｅａｍ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）にビーム訓練のための特定コード（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を割り当て、前記基準信号を特定方向のビームとして伝送する。それによって、前記ユーザ局２２０は前記基地局２１０から伝送された一つ以上のビーム訓練用基準信号のうちから最もよい品質を有する基準信号の特定コード値を前記基地局２１０に知らせる。上述した過程を介し、前記基地局２１０及び使用局の一致したビーム方向が決定される。アップリングの場合、逆にユーザ局２２０から特定方向のビーム訓練用基準信号にビーム訓練のための特定コードを割り当て、前記基準信号を特定方向のビームとして伝送する。それによって、前記基地局２１０は前記ビーム訓練用基準信号のうちから最もよい品質を有する基準信号の特定コード値をユーザ局２２０に知らせる。

上述したようなビーム訓練方法は固定された基地局２１０及びユーザ局２２０に提供するにふさわしいが、短い時間の間ユーザ局２２０が頻繁に動くか移動する場合、前記ビーム訓練方法を利用したビーム一致方法を適用することは難しい。前記図２ｂ、前記図２ｃ、前記図２ｄはそのような問題点を具体的に示す。前記図２ｂ、前記図２ｃ、前記図２ｄは前記ユーザ局２２０の回転及び移動によってビーム方向が外れる状況を示す。前記図２ｂを参照すると、前記ユーザ局２２０が傾くことで前記傾いた程度だけ前記基地局２１０及び前記ユーザ局２２０のビーム方向の不一致（ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄ）が発生する。前記図２ｃを参照すると、前記ユーザ局２２０が回転することで、前記回転した程度だけ前記基地局２１０及び前記ユーザ局２２０のビーム方向の不一致が発生する。前記図２ｃｄ参照すると、前記ユーザ局２２０が移動することで前記移動した程度だけ前記基地局２１０及び前記ユーザ局２２０のビーム方向の不一致が発生する。

前記図２ｂ、前記図２ｃ、前記図２ｄに示した例示のように、ユーザの回転や移動に応じて前記基地局２１０及び前記ユーザ局２２０間でビーム方向の不一致が発生する。この場合、前記基地局２１０及び前記ユーザ局２２０の通信品質が悪化する恐れがある。更に、前記ユーザの回転や移動は比較的短い時間の間に頻繁に発生する可能性があるため、通常のビーム訓練技法では克服することが難しい。詳しくは、前記ユーザ局２２０のビーム方向に対する変化を感知するために、前記基地局２１０は非常に短い周期で前記ユーザ局２２０のビーム方向の変化を確認する手順を必要とする。それによって制御メッセージが頻繁に交換される。前記ユーザ局２２０のビーム方向の変化に対する正確な情報が要求されるほど前記制御メッセージ交換手順が頻繁に起こり、前記手順はシステムオーバーヘッドになる。よって、本発明は前記ユーザ局２２０の回転又は移動に応じたビーム方向の不一致を克服するための代案を提案する。

図３は、本発明の実施形態による無線通信システムでユーザ局の回転に応じて補償されるビーム方向を示す図である。

前記図３を参照すると、基地局及びユーザ局間のビーム方向が一致すると、前記ユーザ局は一致したビーム方向（ａｌｉｇｎｅｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を基準方向３０１として設定する。例えば、前記ビーム方向の基準方向３０１の設定は上述したビーム訓練によって行われる。他の例として、ビーム方向の基準方向３０１は、前記一致したビーム方向は前記基地局及び前記ユーザ局間の位置情報に基づいて設定される。その他、多様な技法が前記基準方向３０１を設定するために採用されてもよい。

次に、前記ユーザ局の回転によって引き起こされる傾き、回転、そして前記ユーザ局の移動に応じてビーム方向が変化すると、前記ユーザ局は前記基準方向対比変化量を測定する。即ち、前記ユーザ局は３つの方向（例えば、３次元方向）に物理的変化値を測定する。前記３次元方向の物理的変化値は水平（例えば、方位角（ａｚｉｍｕｔｈａｌ））及び垂直（例えば、高度（ａｌｔｉｔｕｄｅ））の方向での角度、角速度、角加速度、回転角度、回転角速度、移動距離、移動速度、移動加速度などの形態で測定される。前記物理的変化量は、一般的に知られている多様な技法を介して測定される。本発明の実施形態によって、前記物理的変化量は様々な種類のセンサを利用して測定される。例えば、前記センサは羅針盤センサ（Ｃａｍｐｕｓ）、加速度センサ（Ａｃｃｅｌｏｍｅｔｅｒ）、重力センサ（Ｇ−ｓｅｎｓｏｒ）、ジャイロスコープ（Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ）のうち少なくとも一つを含む。本発明の他の実施形態によって、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が使用される。本発明のまた他の実施形態によって、前記基地局から伝送した電気的信号の到着角度（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を利用してもよい。本発明の更に他の実施形態によって、基地局又はＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）間の位置及び受信信号を利用した三角法（Ｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｙ）などが使用されてもよい。

そして、前記ユーザ局は前記物理的変化値に応じてビーム方向を補償することで前記基準方向３０１に前記ビーム方向を維持する。例えば、ユーザが通話中に首を回すか動く場合、基地局と一致したユーザ局のビーム方向が変わる。もし、地理的（ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ）空間をｘ、ｙ、ｚの直行方向で表現する場合、ビーム方向が前記基準方向３０１からｚ軸に３０度の角度を回転したならば、前記ユーザ局のビーム方向を前記ｚ軸に−３０度だけ回すと前記ユーザ局のビーム方向は前記基準方向３０１に維持される。それによって、ユーザ局のビーム方向が３０度回転したとしても、基地局は前記ユーザ局のビーム方向の回転とは関係なく従来のビーム方向に前記ユーザ局との通信を行う。言い換えると、ユーザ局の回転や移動から引き起こさせる物理的方向及び位置の変化に対して、本発明が提案するユーザ局が直接ビーム方向を補償するアルゴリズムを行うと、それは前記基地局は物理的に回転しないユーザ局との通信を行う状況と類似する。この場合、アップリンク及びダウンリンクビームフォーミングは過度なシステムオーバーヘッドなしに行われる。

上述したビーム方向を維持する技術は、基地局及びユーザ局間の相対的に優秀な通信品質を維持するユーザ局のビーム方向を基準方向に設定した後、ビーム方向を変更する際に物理的変化値を測定し、前記測定された物理的変化値に基づいてビーム方向を補償する過程を含む。本発明では、上述したようにビーム方向を維持する技術を「ビーム固定（ｂｅａｍ ｌｏｃｋｉｎｇ）技法」と称する。前記ビーム固定技法は、ビームフォーミング技術を使用する無線通信システムで使用される移動及び回転可能ないかなる局（ｓｔａｔｉｏｎ）にも広範囲に適用可能である。

以下、上述したようなビーム固定技法を行う装置の動作及びその構成を図面を参照して詳細に説明する。

以下の説明において、本発明はビーム固定技法を行う手順の前に基地局及びユーザ局間でビームの基準方向が設定されていることを仮定する。前記基準ビーム方向は基地局とユーザ局間に最初に設定されるか、又は周期的に再設定されてもよい。例えば、前記装置は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、ビーム方向が一致する候補方向を選択する。追加的に、前記装置はビームフォーミング技法に応じて形成されたビームの幅を再調整（ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）する。

図４は、本発明の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う手順を示す図である。

前記図４を参照すると、装置はステップ４０１でビーム基準方向対比変化量、即ち、移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する。例えば、前記装置は一定時間間隔に応じて周期的に前記変化量を測定する。もし、前記装置の移動／回転／傾きがなければ前記変化量は０と測定される。例えば、前記位置の変化量、前記方向及び傾きの変化量はセンサ（ｓｅｎｓｏｒ）によって測定されるか、ＧＰＳを利用して測定されるか、信号の到着角度によって測定されるか、受信信号を利用した三角法によって測定される。

前記変化量を測定した後、前記装置はステップ４０３に進行してビーム方向を補償する。即ち、前記装置は前記変化量に応じて変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出し、前記新しいビームフォーミングパラメータを利用して前記ビーム方向を補償する。この際、前記新しいビームフォーミングパラメータは基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量に応じて決定される。例えば、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量を入力変数とする予め定義された関数又は規則によって前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。又は、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ対比前記変化量に応じた新しいビームフォーミングパラメータを定義したマッピングテーブル（ｍａｐｐｉｎｇ ｔａｂｌｅ）を利用して前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。

前記ビームフォーミングパラメータは物理的変化値を入力変数とする関数の結果値を含む。詳しくは、基準方向でのビームフォーミングパラメータを（α、β、γ）、物理的変化値を（ａ、ｂ、ｃ）、物理的変化値によって変わった新しいビームフォーミングパラメータを（α^＊、β^＊、γ^＊）とすると、前記ビームフォーミングパラメータは下記＜数１＞のように決定される。

前記＜数１＞において、前記α、前記β、前記γは基準方向でのビームフォーミングパラメータ、前記ａ、前記ｂ、前記ｃは物理的変化値、前記α^＊、前記β^＊、前記γ^＊は物理的変化値によって変わった新しいビームフォーミングパラメータを意味する。

即ち、新しいビームフォーミングパラメータを決定する値は基準ビーム方向でのビームフォーミングパラメータ及びユーザ局で測定された物理的変化値となる。ここで、ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、ｇ_１、ｇ_２、ｇ_３は予め決定された関数又は規則又はマッピングテーブルによって定義される。

前記ビームフォーミングパラメータの具体的な形態は選択されたビームフォーミングの方式によって異なり得る。例えば、デジタルビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはデジタル端で使用されるプリコーディング（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）コードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）のインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つである。他の例として、アナログビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはアンテナ別位相及び大きさの値である。また他の例として、アンテナが物理的に動作可能である場合、前記ビームフォーミングパラメータは回転量、勾配量などの物理的姿勢制御（ａｔｔｉｔｕｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）値になり得る。更に他の例として、事前に各ビーム方向に対応するアンテナ、アンテナ束又はアンテナアレイ（ａｒｒａｙ）が具備されており、各ビーム方向に対してビームのインデックス又はアンテナのインデックスが割り当てられた場合、前記ビームフォーミングパラメータは前記ビームのインデックス及び前記アンテナのインデックスのうち少なくとも一つを含む。

前記図４に示していないが、前記装置は前記変化量を測定する前に基準方向を設定してもよい。例えば、前記装置はビーム訓練手順を介して前記順方向を設定する。例えば、前記装置は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、ビーム方向が一致する候補方向を選択する。追加的に、前記装置はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。

図５は、本発明の他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う手順を示す図である。

前記図５を参照すると、装置はステップ５０１移動又は回転が発生するのかを判断する。即ち、前記装置は位置、勾配、方向のうち少なくとも一つが変更されるのかを判断する。

前記移動又は回転が発生されたなら、前記装置はステップ５０３で移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する。一方、前記移動又は回転が発生していない場合、前記ステップ５０３は行われなくてもよい。即ち、物理的変化量に対するパラメータを（ａ、ｂ、ｃ）、回転が発生したのかに対する臨界値を（ａ’、ｂ’、ｃ’）とすると、前記装置は（ａ、ｂ、ｃ）のうち少なくとも一つが少なくとも一つ以上の臨界値（ａ’、ｂ’、ｃ’）より大きいか同じである場合、即ち、ａ≧ａ’、ｂ≧ｂ’又はｃ≧ｃ’である場合にのみ前記変化量を測定する。例えば、前記位置の変化量、前記方向及び勾配の変化量はセンサによって測定されるか、ＧＰＳを利用して測定されるか、信号の到着角度によって測定されるか、受信信号を利用した三角法によって測定される。

前記変化量を測定した後、前記装置はステップ５０５に進行してビーム方向を補償する。即ち、前記装置は前記変化量に応じて変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出し、前記新しいビームフォーミングパラメータを利用して前記ビーム方向を補償する。この際、前記新しいビームフォーミングパラメータは基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量に応じて決定される。例えば、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量を入力変数とする予め定義された規則によって前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。又は、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ対比前記変化量に応じた新しいビームフォーミングパラメータを定義したマッピングテーブル（ｍａｐｐｉｎｇ ｔａｂｌｅ）を利用して前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。詳しくは、前記新しいビームフォーミングパラメータは前記＜数１＞のように決定される。前記ビームフォーミングパラメータの具体的な形態は選択されたビームフォーミングの方式によって異なり得る。例えば、デジタルビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはデジタル端で使用されるプリコーディングコードブックのインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つになり得る。他の例として、アナログビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはアンテナ別位相及び大きさの値になり得る。また他の例として、アンテナが物理的に動作可能である場合、前記ビームフォーミングパラメータは回転量、勾配量などの物理的姿勢制御値になり得る。更に他の例として、事前に各ビーム方向に対応するアンテナ、アンテナ束又はアンテナアレイが具備されており、各ビーム方向に対してビームのインデックス又はアンテナのインデックスが割り当てられた場合、前記ビームフォーミングパラメータは前記ビームのインデックス及び前記アンテナのインデックスのうち少なくとも一つを含む。

前記図５に示していないが、前記装置は前記移動又は回転の発生可否を判断する前に基準方向を設定してもよい。例えば、前記装置はビーム訓練手順を介して前記順方向を設定する。例えば、前記装置は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、ビーム方向が一致する候補方向を選択する。追加的に、前記装置はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。

図６は、本発明のまた他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う手順を示す図である。

前記図６を参照すると、装置はステップ６０１で移動による位置の変化量、前記装置の回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する。例えば、前記装置は一定時間間隔に応じて周期的に前記変化量を測定する。もし、移動／回転／傾きがなければ前記変化量は０と測定される。例えば、前記位置の変化量、前記方向及び勾配の変化量はＧＰＳ装置のようなセンサによって測定されるか、信号の到着角度によって測定されるか、受信信号を利用した三角法によって測定される。

前記変化量を測定した後、前記装置はステップ６０３に進行してビーム方向の不一致が発生するのかを判断する。例えば、変化量が０である場合、ビーム方向の不一致は発生しない。また、変化量が０ではなくても、変化量の大きさが微細であるとビーム方向は不一致と扱われない。例えば、物理的変化量を示すパラメータを（ａ、ｂ、ｃ）とし、前記物理的変化量で入力変数として決定された関数として決定されるビーム方向を示すパラメータを（α、β、γ）とし、臨界値のビーム方向を示すパラメータを（α’、β’、γ’）とすると、前記装置は少なくとも一つ以上の臨界値（α’、β’、γ’）より大きいか同じである場合であるα≧α’、β≧β’又はγ≧γ’である場合にのみビーム方向に対する不一致が発生したと判断し、ビーム方向の補償手順を行う。それ以上のビーム方向の整列が行われなければ、前記装置は本手順を終了する。

一方、前記ビーム方向の不一致が発生すると、前記装置はステップ６０５に進行してビーム方向を補償する。即ち、前記装置は前記変化量に応じて変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出し、前記新しいビームフォーミングパラメータを利用して前記ビーム方向を補償する。この際、前記新しいビームフォーミングパラメータは基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量に応じて決定される。例えば、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量を入力変数とする予め定義された規則によって前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。又は、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ対比前記変化量に応じた新しいビームフォーミングパラメータを定義したマッピングテーブルを利用して前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。詳しくは、前記新しいビームフォーミングパラメータは前記＜数１＞のように決定される。前記ビームフォーミングパラメータの具体的な形態は選択されたビームフォーミングの方式によって異なり得る。例えば、デジタルビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはデジタル端で使用されるプリコーディングコードブックのインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つになり得る。他の例として、アナログビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはアンテナ別位相及び大きさになり得る。また他の例として、アンテナが物理的に動作可能である場合、前記ビームフォーミングパラメータは回転量、勾配量などの物理的姿勢制御値になり得る。更に他の例として、事前に各ビーム方向に対応するアンテナ、アンテナ束又はアンテナアレイが具備されており、各ビーム方向に対してビームのインデックス又はアンテナのインデックスが割り当てられた場合、前記ビームフォーミングパラメータは前記ビームのインデックス及び前記アンテナのインデックスのうち少なくとも一つを含む。

前記図６に示していないが、前記装置は前記移動又は方向変更の発生可否を判断する前に基準方向を設定してもよい。例えば、前記装置はビーム訓練手順を介して前記順方向を設定する。例えば、前記装置は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、ビーム方向が一致する候補方向を選択する。追加的に、前記装置はビームの幅を再調整する。

図７は、本発明の更に他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う手順を示す図である。

前記図７を参照すると、装置はステップ７０１移動又は回転が発生するのかを判断する。即ち、前記装置は位置、勾配、方向のうち少なくとも一つが変更されるのかを判断する。

前記移動又は回転が発生されたなら、前記装置はステップ７０３で移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する。一方、前記移動又は回転が発生していない場合、前記ステップ７０３は行われなくてもよい。即ち、物理的変化量に対するパラメータを（ａ、ｂ、ｃ）、回転が発生したのかに対する臨界値を（ａ’、ｂ’、ｃ’）とすると、前記装置は（ａ、ｂ、ｃ）のうち少なくとも一つが少なくとも一つ以上の臨界値（ａ’、ｂ’、ｃ’）より大きいか同じである場合、即ち、ａ≧ａ’、ｂ≧ｂ’又はｃ≧ｃ’である場合にのみ前記変化が発生することを判断する。例えば、前記位置の変化量、前記方向及び勾配の変化量はＧＰＳのようなセンサによって測定されるか、信号の到着角度によって測定されるか、受信信号を利用した三角法によって測定される。

前記変化量を測定した後、前記装置はステップ７０５に進行してビーム方向の不一致が発生するのかを判断する。例えば、変化量が０である場合、ビーム方向の不一致は発生していないと判断する。また、変化量が０ではなくても、変化量の大きさが微細であるとビーム方向の不一致が発生していないと判断する。例えば、物理的変化量に対するパラメータを（ａ、ｂ、ｃ）とし、前記物理的変化量で入力変数として決定された関数として決定されるビーム方向のパラメータを（α、β、γ）とし、臨界値のビーム方向のパラメータを（α’、β’、γ’）とすると、前記装置は少なくとも一つ以上の臨界値（α’、β’、γ’）より大きいか同じである場合であるα≧α’、β≧β’又はγ≧γ’であるとビーム方向に対する不一致が発生したと判断し、ビーム方向の補償手順を行う。’もし、前記ビーム方向の不一致が発生しなければ本手順は終了される。

一方、前記ビーム方向の不一致が発生すると、前記装置はステップ７０７に進行してビーム方向を補償する。即ち、前記装置は前記変化量に応じて変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出し、前記新しいビームフォーミングパラメータを利用して前記ビーム方向を補償する。この際、前記新しいビームフォーミングパラメータは基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量に応じて決定される。例えば、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ及び前記変化量を入力変数とする予め定義された規則によって前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。又は、前記装置は基準方向のビームフォーミングパラメータ対比前記変化量に応じた新しいビームフォーミングパラメータを定義したマッピングテーブルを利用して前記新しいビームフォーミングパラメータを決定する。詳しくは、前記新しいビームフォーミングパラメータは前記＜数１＞のように決定される。前記ビームフォーミングパラメータの具体的な形態は選択されたビームフォーミングの方式によって異なり得る。例えば、デジタルビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはデジタル端で使用されるプリコーディングコードブックのインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つになり得る。他の例として、アナログビームフォーミングが行われる場合、前記ビームフォーミングパラメータはアンテナ別位相及び大きさになり得る。また他の例として、アンテナが物理的に動作可能である場合、前記ビームフォーミングパラメータは回転量、勾配量などの物理的姿勢制御値になり得る。更に他の例として、事前に各ビーム方向に対応するアンテナ、アンテナ束又はアンテナアレイが具備されており、各ビーム方向に対してビームのインデックス又はアンテナのインデックスが割り当てられた場合、前記ビームフォーミングパラメータは前記ビームのインデックス及び前記アンテナのインデックスのうち少なくとも一つを含む。

前記図７に示していないが、前記装置は前記移動又は回転の発生可否を判断する前に基準方向を設定してもよい。例えば、前記装置はビーム訓練手順を介して前記順方向を設定する。例えば、前記装置は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、ビーム方向が一致する候補方向を選択する。追加的に、前記装置はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。

図８は、本発明の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う装置のブロック構成を示す図である。

前記図８に示したように、前記装置はビーム固定部８０２、デジタルデータ送受信部８０４、多数のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部８０６−１乃至８０６−Ｎを含んで構成される。

前記ビーム固定部８０２はビームの基準方向を設定し、ビームの基準方向が維持されるようにビーム固定手順を行う。即ち、前記ビーム固定部８０２は前記装置の移動、傾き、回転などを認識し、移動量、勾配量、回転量を測定してからビーム方向を前記基準方向に一致させるビームフォーミングパラメータを算出し、前記ビームフォーミングパラメータを前記デジタルデータ送受信部８０４に提供する。例えば、前記ビームフォーミングパラメータはプリコーディングコードブックインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つを含む。

例えば、前記ビーム固定部８０２は図１２のように構成される。前記図１２を参照すると、前記ビーム固定部８０２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１２０２、前記変化量によって変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１２０４、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記デジタルデータ送受信部８０４のビームフォーミングを制御するビーム制御部１２０６を含む。即ち、前記ビーム制御部１２０６は前記パラメータ算出部１２０４によって決定されたビームフォーミングパラメータに応じてビーム方向を調節するように制御する。ここで、前記動作検出部１２０２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、装置の回転又は移動が検出される際に前記変化量を測定する。

他の例として、前記ビーム固定部８０２は図１３のように構成される。前記図１３を参照すると、前記ビーム固定部８０２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１３０２、前記変化量によって現在のビームが前記基準方向に不一致するのか否かを判断する不一致判断部１３０４、前記不一致判断部１３０４によって不一致が判断された場合に変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１３０６、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記デジタルデータ送受信部８０４のビームフォーミングを制御するビーム制御部１３０８を含む。即ち、前記ビーム制御部１３０８は前記パラメータ算出部１３０６によって決定されたビームフォーミングパラメータに応じてビーム方向を調節するように制御する。ここで、前記動作検出部１０３２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、装置の回転又は移動が発生する際に前記変化量を測定する。

前記デジタルデータ送受信部８０４はシステムの物理階層規格によって送信ビット列を基底帯域信号に、前記多数のＲＦ処理部８０６−１乃至８０６−Ｎから提供される基底帯域信号を受信ビット列に変換する。前記デジタルデータ送受信部８０４はチャネルコーディング（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ）及びディコーディング（ｄｅｃｏｄｉｎｇ）、データ変調（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）及び復調、多重アンテナマッピングのためのプリコーディング、ポストコーディング（ｐｏｓｔ ｃｏｄｉｎｇ）、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、デジタルビームフォーミングなどの機能を行う。例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｆｔｈｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式による場合、データを送信する際に前記デジタルデータ送受信部８０４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（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）挿入を介してＯＦＤＭシンボルを構成する。また、前記デジタルデータ送受信部８０４はデジタルビームフォーミングを行う。即ち、前記デジタルデータ送受信部８０４は各アンテナ経路に送信される信号列にビームフォーミングベクトル又はビームフォーミング行列をかける。特に、前記デジタルデータ送受信部８０４は前記ビーム固定部８０２から提供されるプリコーディングコードブックインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つに応じてビームフォーミングを行う。

前記多数のＲＦ処理部８０６−１乃至８０６−Ｎは信号の帯域変換、増幅など、信号を送受信するための機能を行う。即ち、前記多数のＲＦ送信部８０６−１乃至８０６−Ｎは前記デジタルデータ送受信部８０４から提供される送信される基底帯域信号をＲＦ帯域信号にアップ変換した後、アンテナを介して送信し、前記各アンテナを介して受信されるＲＦ帯域信号を基底帯域信号にダウン変換する。例えば、前記多数のＲＦ処理部８０６−１乃至８０６−Ｎそれぞれは増幅器、ミキサー（ｍｉｘｅｒ）、周波数フィルター（ｆｉｌｔｅｒ）、オシレータ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）、アンテナ方向を制御する位相制御機（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒ／ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）のうち少なくとも一つを含む。

前記図８に示していないが、前記装置は相手の装置とのビーム訓練を行うビーム訓練部を更に含む。例えば、前記装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、相手の装置からフィードバックされる方向を基準方向として選択する。逆に、相手の装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は相手の装置から送信される多数の訓練用基準信号を受信し、最もよい通信品質を有する一つの訓練用基準信号のコード値を相手の装置に通知する。追加的に、前記ビーム訓練部はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。本発明の実施形態によって、前記ビーム訓練部は前記ビーム固定部８０２が動作する前に前記ビーム訓練を介して基準方向を設定してもよい。

図９は、本発明の他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う装置のブロック構成を示す図である。

前記図９に示したように、前記装置はビーム固定部９０２、デジタルデータ送受信部９０４、多数のＲＦ処理部９０６−１乃至９０６−Ｎ、ビームフォーミング部９０８を含んで構成される。

前記ビーム固定部９０２はビームの基準方向を設定し、ビームの基準方向が維持されるようにビーム固定手順を行う。即ち、前記ビーム固定部９０２は前記装置の移動、傾き、回転などを認識し、移動量、勾配量、回転量を測定してからビーム方向を前記基準方向に一致させるビームフォーミングパラメータを算出し、前記ビームフォーミングパラメータを前記ビームフォーミング部９０８に提供する。例えば、前記ビームフォーミングパラメータは各アンテナから受信される信号の位相及び大きさの値を含む。

例えば、前記ビーム固定部９０２は図１２のように構成される。前記図１２を参照すると、前記ビーム固定部９０２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１２０２、前記変化量によって変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１２０４、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記ビームフォーミング部９０８のビームフォーミングを制御するビーム制御部１２０６を含む。ここで、前記動作検出部１２０２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、装置の回転又は移動が発生する際に前記変化量を測定する。

他の例として、前記ビーム固定部９０２は図１３のように構成される。前記図１３を参照すると、前記ビーム固定部９０２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１３０２、前記変化量によって現在のビームが前記基準方向に不一致するのか否かを判断する不一致判断部１３０４、前記不一致判断部１３０４によって不一致が判断された場合に変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１３０６、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記ビームフォーミング部９０８のビームフォーミングを制御するビーム制御部１３０８を含む。ここで、前記動作検出部１３０２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、装置の回転又は移動が発生する際に前記変化量を測定する。

前記デジタルデータ送受信部９０４はシステムの物理階層規格によって送信ビット列を基底帯域信号に、前記多数のＲＦ処理部９０６−１乃至９０６−Ｎから提供される基底帯域信号を受信ビット列に変換する。前記デジタルデータ送受信部９０４はチャネルコーディング及びディコーディング、データ変調及び復調、多重アンテナマッピングのためのプリコーディング、ポストコーディング、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、ＦＦＴ、ＩＦＦＴなどの機能を行う。例えば、ＯＦＤＭ方式による場合、データを送信する際、前記デジタルデータ送受信部９０４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。

前記多数のＲＦ処理部９０６−１乃至９０６−Ｎは信号の帯域変換、増幅など、無線チャネルを介して信号を送受信するための機能を行う。即ち、前記多数のＲＦ送信部９０６−１乃至９０６−Ｎは前記デジタルデータ送受信部９０４から提供される送信される基底帯域信号をＲＦ帯域信号にアップ変換した後、アンテナを介して送信し、前記各アンテナを介して受信されるＲＦ帯域信号を基底帯域信号にダウン変換する。例えば、前記多数のＲＦ処理部９０６−１乃至９０６−Ｎそれぞれは増幅器、ミキサー、周波数フィルター、オシレータ、ＤＡＣ、ＡＤＣ、アンテナ方向を制御する位相制御機のうち少なくとも一つを含む。

前記ビームフォーミング部９０８は多数の構成要素を含み、各構成要素は各アンテナ経路で信号の位相及び大きさを調節する。即ち、前記ビームフォーミング部９０８は前記ビーム固定部９０２から提供されるアンテナ別信号の位相及び大きさの値に応じて各アンテナ経路に送信される信号の位相及び大きさを調節することでビームフォーミングを行う。前記図９において、多数のＲＦ処理部９０６−１乃至９０６−Ｎそれぞれ及び各アンテナ間経路は１つと図示されており、各経路に前記ビームフォーミング部９０８の構成要素もアンテナ当たり１つと図示されているが、各アンテナに対して送信経路及び受信経路が別途に構成されてもよい。この場合、前記ビームフォーミング部９０８の構成要素はアンテナ当たり２つ存在する。

前記図９に示していないが、前記装置は相手の装置とのビーム訓練を行うビーム訓練部を更に含む。例えば、前記装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、相手の装置からフィードバックされる方向を基準方向として選択する。逆に、相手の装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は相手の装置から送信される多数の訓練用基準信号を受信し、最もよい通信品質を有する一つの訓練用基準信号のコード値を相手の装置に通知する。追加的に、前記ビーム訓練部はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。本発明の実施形態によって、前記ビーム訓練部は前記ビーム固定部９０２が動作する前に前記ビーム訓練を介して基準方向を設定してもよい。

図１０は、本発明のまた他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う装置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、前記装置はビーム固定部１００２、デジタルデータ送受信部１００４、多数のＲＦ処理部１００６−１乃至１００６−Ｎ、アンテナ駆動部１００８を含んで構成される。

前記ビーム固定部１００２はビームの基準方向を設定し、ビームの基準方向が維持されるようにビーム固定手順を行う。即ち、前記ビーム固定部１００２は前記装置の移動、傾き、回転などを認識し、移動量、勾配量、回転量を測定してからビーム方向を前記基準方向に一致させるビームフォーミングパラメータを算出し、前記ビームフォーミングパラメータを前記アンテナ駆動部１００８に提供する。例えば、前記ビームフォーミングパラメータは各アンテナの回転量、勾配量などの物理的姿勢制御値を含む。

例えば、前記ビーム固定部１００２は図１２のように構成される。前記図１２を参照すると、前記ビーム固定部１００２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１２０２、前記変化量によって変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１２０４、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記アンテナ駆動部１００８のビームフォーミングを制御するビーム制御部１２０６を含む。ここで、前記動作検出部１２０２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、回転又は移動が発生する際に前記変化量を測定する。

他の例として、前記ビーム固定部１００２は図１３のように構成される。前記図１３を参照すると、前記ビーム固定部１００２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１３０２、前記変化量によって現在のビームが前記基準方向に不一致するのか否かを判断する不一致判断部１３０４、前記不一致判断部１３０４によって不一致が判断された場合に変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１３０６、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記アンテナ駆動部１００８のビームフォーミングを制御するビーム制御部１３０８を含む。ここで、前記動作検出部１３０２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、回転又は移動が発生する際に前記変化量を測定する。

前記デジタルデータ送受信部１００４はシステムの物理階層規格によって送信ビット列を基底帯域信号に、前記多数のＲＦ処理部１００６−１乃至１００６−Ｎから提供される基底帯域信号を受信ビット列に変換する。前記デジタルデータ送受信部１００４はチャネルコーディング及びディコーディング、データ変調及び復調、多重アンテナマッピングのためのプリコーディング、ポストコーディング、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、ＦＦＴ、ＩＦＦＴなどの機能を行う。例えば、ＯＦＤＭ方式による場合、データを送信する際、前記デジタルデータ送受信部１００４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。

前記多数のＲＦ処理部１００６−１乃至１００６−Ｎは信号の帯域変換、増幅など、無線チャネルを介して信号を送受信するための機能を行う。即ち、前記多数のＲＦ送信部１００６−１乃至１００６−Ｎは前記デジタルデータ送受信部１００４から提供される送信される基底帯域信号をＲＦ帯域信号にアップ変換した後、アンテナを介して送信し、前記各アンテナを介して受信されるＲＦ帯域信号を基底帯域信号にダウン変換する。例えば、前記多数のＲＦ処理部１００６−１乃至１００６−Ｎそれぞれは増幅器、ミキサー、周波数フィルター、オシレータ、ＤＡＣ、ＡＤＣ、アンテナ方向を制御する位相制御機のうち少なくとも一つを含む。

前記アンテナ駆動部１００８はアンテナの個数だけ構成要素を含み、各構成要素は各アンテナの信号放射方向を物理的に調節する。即ち、前記アンテナ駆動部１００８は前記ビーム固定部１００２から提供される各アンテナの回転量、勾配量などの物理的姿勢制御値に応じて各アンテナの信号放射方向を調節することでビームフォーミングを行う。

前記図１０に示していないが、前記装置は相手の装置とのビーム訓練を行うビーム訓練部を更に含む。例えば、前記装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、相手の装置からフィードバックされる方向を基準方向として選択する。逆に、相手の装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は相手の装置から送信される多数の訓練用基準信号を受信し、最もよい通信品質を有する一つの訓練用基準信号のコード値を相手の装置に通知する。追加的に、前記ビーム訓練部はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。本発明の実施形態によって、前記ビーム訓練部は前記ビーム固定部１００２が動作する前に前記ビーム訓練を介して基準方向を設定してもよい。

図１１は、本発明の更に他の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を行う装置のブロック構成を示す図である。

前記図１１に示したように、前記装置はビーム固定部１１０２、デジタルデータ送受信部１１０４、多数のＲＦ処理部１１０６−１乃至１１０６−Ｎ、アンテナスイッチ１１０８を含んで構成される。

前記ビーム固定部１１０２はビームの基準方向を設定し、ビームの基準方向が維持されるようにビーム固定手順を行う。即ち、前記ビーム固定部１１０２は前記装置の移動、傾き、回転などを認識し、移動量、勾配量、回転量を測定してからビーム方向を前記基準方向に一致させるビームフォーミングパラメータを算出し、前記ビームフォーミングパラメータを前記アンテナスイッチ１１０８に提供する。例えば、前記ビームフォーミングパラメータは予め定義されたビームのインデックス又はアンテナのインデックスを含む。

例えば、前記ビーム固定部１１０２は図１２のように構成される。前記図１２を参照すると、前記ビーム固定部１１０２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１２０２、前記変化量によって変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１２０４、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記アンテナスイッチ１１０８のビームフォーミングを制御するビーム制御部１２０６を含む。ここで、前記動作検出部１２０２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、装置の回転又は移動が発生する際に前記変化量を測定する。

他の例として、前記ビーム固定部１１０２は図１３のように構成される。前記図１３を参照すると、前記ビーム固定部１１０２は移動による位置の変化量、回転／傾きによる方向及び勾配の変化量を測定する動作検出部１３０２、前記変化量によって現在のビームが前記基準方向に不一致するのか否かを判断する不一致判断部１３０４、前記不一致判断部１３０４によって不一致が判断された場合に変更されたビーム方向を基準方向に一致させる新しいビームフォーミングパラメータを算出するパラメータ算出部１３０６、前記新しいビームフォーミングパラメータに応じて前記アンテナスイッチ１１０８のビームフォーミングを制御するビーム制御部１３０８を含む。ここで、前記動作検出部１３０２は一定時間間隔によって周期的に前記変化量を測定するか、装置の回転又は移動が発生する際に前記変化量を測定する。

前記デジタルデータ送受信部１１０４はシステムの物理階層規格によって送信ビット列を基底帯域信号に、前記多数のＲＦ処理部１１０６−１乃至１１０６−Ｎから提供される基底帯域信号を受信ビット列に変換する。前記デジタルデータ送受信部１１０４はチャネルコーディング及びディコーディング、データ変調及び復調、多重アンテナマッピングのためのプリコーディング、ポストコーディング、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、ＦＦＴ、ＩＦＦＴなどの機能を行う。例えば、ＯＦＤＭ方式による場合、データを送信する際、前記デジタルデータ送受信部１１０４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。

前記多数のＲＦ処理部１１０６−１乃至１１０６−Ｎは信号の帯域変換、増幅など、無線チャネルを介して信号を送受信するための機能を行う。即ち、前記多数のＲＦ送信部１１０６−１乃至１１０６−Ｎは前記デジタルデータ送受信部１１０４から提供される送信される基底帯域信号をＲＦ帯域信号にアップ変換した後、アンテナを介して送信し、前記各アンテナを介して受信されるＲＦ帯域信号を基底帯域信号にダウン変換する。例えば、前記多数のＲＦ処理部１１０６−１乃至１１０６−Ｎそれぞれは増幅器、ミキサー、周波数フィルター、オシレータ、ＤＡＣ、ＡＤＣ、アンテナ方向を制御する位相制御機のうち少なくとも一つを含む。

前記アンテナスイッチ１１０８は前記ビーム固定部１１０２から提供されるビームのインデックス又はアンテナのインデックスに対応する少なくとも一つのアンテナグループを活性化する。即ち、前記装置に具備されたアンテナは多数のアンテナグループで区分され、各アンテナグループは各ビーム方向に対応するように設置されており、各アンテナグループにビームのインデックス又はアンテナのインデックスが割り当てられている。ここで、一つのアンテナグループは一つのアンテナ、多数のアンテナ又はアンテナアレイで構成される。それによって、前記アンテナスイッチ１１０８は前記ビーム固定部１１０２から提供される前記ビームのインデックス又は前記アンテナのインデックスによって指示されるアンテナグループのみを前記多数のＲＦ処理部１１０６−１乃至１１０６−Ｎと連結するか、又は前記支持されるアンテナグループを除いた残りのグループのアンテナをオフ（ｏｆｆ）させる。

前記図１１に示していないが、前記装置は相手の装置とのビーム訓練を行うビーム訓練部を更に含む。例えば、前記装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、相手の装置からフィードバックされる方向を基準方向として選択する。逆に、相手の装置のビーム基準方向を決定する場合、前記ビーム訓練部は相手の装置から送信される多数の訓練用基準信号を受信し、最もよい通信品質を有する一つの訓練用基準信号のコード値を相手の装置に通知する。追加的に、前記ビーム訓練部はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。本発明の実施形態によって、前記ビーム訓練部は前記ビーム固定部１１０２が動作する前に前記ビーム訓練を介して基準方向を設定してもよい。

上述したようにユーザ局でビーム固定を行う場合、基地局は前記ビーム固定を行わないユーザ局に比べビーム訓練を稀に行う。即ち、前記基地局はビーム固定を行うユーザ局及びビーム固定を行わないユーザ局を区分する必要がある。前記基地局が特定ユーザ局がビーム固定を行うのか否かを知るために、制御情報交換手順が要求される。例えば、ユーザ局でビーム固定技法が支援されるのか否かは、ユーザ局に対する能力交渉（ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｎｅｇａｔｉｏｎ）手順を介して前記基地局に知らされる。

図１４は、本発明の実施形態による無線通信システムで基地局及びユーザ局間のシグナリングを示す図である。前記図１４を参照すると、ステップ１４０１でユーザ局１４２０はビーム固定技法が支援されるのか否かを指示する情報を含む能力情報を基地局１４１０に送信する。詳しくは、前記ユーザ局１４２０は移動及び回転によるビーム方向の変化を補償することでビーム方向を基準方向に維持するように制御するビーム固定技法を支援することを知らせる制御メッセージを生成し、前記制御メッセージを前記基地局１４１０に送信する。例えば、前記ビーム固定技法が支援されるのか否かを指示する情報は下記＜表１＞のように構成される。

他の例として、前記ビーム固定技法が支援されるのか否かを指示する情報は下記＜表２＞のようなより具体的な項目を更に含んでもよい。

ステップ１４０３において、前記能力情報を受信した前記基地局１４１０は前記能力情報を受信したことを通知する確認（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）メッセージを前記ユーザ局１４０２に送信する。例えば、前記確認メッセージは下記＜表３＞のように構成される。

但し、本発明の他の実施形態によって前記ステップ１３０３は省略されてもよい。

図１５は、本発明の実施形態による無線通信システムでビーム固定技法を適用した場合のビーム訓練手順を示す図である。

前記図１５を参照すると、ステップ１５０１で基地局１５１０及びユーザ局１５０２はビーム訓練を行う。例えば、前記基地局１５１０及び前記ユーザ局１５２０は多数の候補方向にビーム方向を設定しながら訓練用基準信号を繰り返し送信し、ビーム方向が一致する候補方向を決定する。追加的に、前記基地局１５１０及び前記ユーザ局１５２０はより狭い幅のビームを使用するためにビームを再調整する。この際、前記ビーム訓練は時間Ｔを間隔に周期的に行われる。

ステップ１５０３において、時間Ｔが進行される間、前記ユーザ局１５２０はビーム固定技法を活性化する。言い換えると、前記ユーザ局１５２０は上述したようなビーム固定技法を持続的に行う。それによって、前記ビーム訓練手順が行われなくても相対的に優秀なビームが維持され、ビーム訓練によるシステムのオーバーヘッドを大きく減らすことができるだけでなく、正確性及び速度の側面でもより有利である。

ステップ１５０５において、前記時間Ｔが経過した後、前記基地局１５１０及び前記ユーザ局１５２０はビーム訓練を行う。この際、前記時間Ｔは前記ビーム固定を行わない場合のビーム訓練時間間隔より長く設定されることが好ましい。

無線通信システムでビームフォーミングを行う装置の移動及び回転によるビーム方向の変更を補償してビーム方向を基準方向に維持することで、急激にビーム方向が変化する状況でも効果的なビームフォーミングを行うことができる。

これまで、適切な実施形態に対する参照と共に発明を説明した。しかし、当業者にとって、下記特許請求の範囲によって定義される発明の範囲を逸脱しない範囲内でその形態及び具体的な内容の多様な変化が可能であることは自明であるといえる。

２００、２２０ ユーザ局
２１０ 基地局
１２０２、１３０２ 動作検出部
１２０４ パラメータ算出部
１２０６ ビーム制御部
１３０４ 不一致判断部
１３０６ パラメータ算出部
１３０８ ビーム制御部

Claims (28)

1. 無線通信システムにおける装置の動作方法において、
   他の装置のビーム方向に対応する、前記装置のビーム方向で前記装置の基準方向を識別（ｉｄｅｎｔｉｆｙ）する過程と、
   前記装置の傾き（ｔｉｌｔ）、移動及び回転のうち少なくとも一つの変化量を識別する過程と、
   前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つの変化量に基づいて、前記装置のビーム方向の変化量を識別する過程と、
   前記識別されたビーム方向の変化量に基づいて、前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生したか否かを決定する過程と、
   前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生したと決定した場合、前記識別されたビーム方向の変化量に基づいてビームフォーミングパラメータを識別する過程と、
   前記識別されたビームフォーミングパラメータに基づいて前記装置のビーム方向を調整する過程と、を含む方法。
2. 前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つによって引き起こされる前記装置のビーム方向の変化量を補償して、前記装置のビーム方向を前記装置の基準方向に維持されることができるか否かを示す制御メッセージを前記他の装置に送信する過程と、
   ビームトレーニング（ｂｅａｍ ｔｒａｉｎｉｎｇ）に基づいて前記装置のビーム方向が前記他の装置に対するビーム方向と一致するのか否かを決定する過程と、をさらに含み、
   前記ビームトレーニングの時間周期は、前記制御メッセージが前記装置のビーム方向が前記装置の基準方向に維持されることができるか否かによって設定される請求項１に記載の方法。
3. 前記装置の位置情報及び前記他の装置の位置情報に基づいて前記装置のビーム方向が前記他の装置に対するビーム方向と一致するのか否かを決定する過程をさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生したか否かを決定する過程は、
   前記識別されたビーム方向の変化量がしきい値より大きい又は同じ場合、前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生したと決定する過程と、
   前記識別されたビーム方向の変化量が前記しきい値より小さい場合、前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生しなかったと決定する過程と、をさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 前記ビームフォーミングパラメータは、プリコーディングコードブックのインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記ビームフォーミングパラメータは、アンテナ別位相及び大きさの値を含む請求項１に記載の方法。
7. 前記ビームフォーミングパラメータは、アンテナ別回転角度、勾配角度のうち少なくとも一つを含む物理的姿勢制御値を含む請求項１に記載の方法。
8. 前記ビームフォーミングパラメータは、前記ビーム方向に対応する少なくとも一つのアンテナを指示するインデックスを含む請求項１に記載の方法。
9. 前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つによって引き起こされる前記装置のビーム方向の変化量を補償して、前記装置のビーム方向を前記装置の基準方向に維持できるか否かを示す制御メッセージを前記他の装置に送信する過程をさらに含み、
   前記制御メッセージは、前記装置のビーム方向を前記装置の基準方向に維持するために、所要する時間を示す情報を含み、
   前記ビームフォーミングパラメータを識別する過程は、
   指定された規則に基づいて前記ビームフォーミングパラメータを識別する過程を含み、
   前記指定された規則は前記基準方向と前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つの変化量を入力変数として使用する請求項１に記載の方法。
10. 前記ビームフォーミングパラメータを識別する過程は、
    マッピングテーブルに基づいて前記ビームフォーミングパラメータを識別する過程を含み、前記マッピングテーブルは前記基準方向と前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つの変化量に基づいて前記ビームフォーミングパラメータを定義する請求項１に記載の方法。
11. 移動通信システムにおける端末の動作方法において、
    制御するビーム固定技法を支援するのか否かを知らせる制御メッセージを生成する過程と、
    前記制御メッセージを基地局に送信する過程と、を含み、
    前記ビーム固定技法は、
    前記端末の傾き、動き、及び回転のうち少なくとも１つによって引き起こされる前記端末のビーム方向の変化量を補償して前記ビーム方向を前記基地局の基準ビーム方向に維持する方法を示す方法。
12. 前記制御メッセージは、前記ビーム固定技法の支援可否を示す値、前記ビーム方向の不一致が発生する場合に補償が行われるまでの所要時間、３次元空間で前記端末の傾きや回転で発生する角度の測定可能解像度、前記端末の移動による速度に対する解像度のうち少なくとも一つを含む請求項１１に記載の方法。
13. 移動通信システムにおける基地局の動作方法において、
    端末がビーム固定技法を支援するのか否かを知らせる制御メッセージを受信する過程と、
    前記制御メッセージを介して前記端末が前記ビーム固定技法を支援するのか否かを決定する過程と、を含み、
    前記端末の傾き、動き、及び回転のうち少なくとも１つによって引き起こされる前記端末のビーム方向の変化量を補償して前記ビーム方向を前記基地局の基準ビーム方向に維持する方法を示す方法。
14. 前記制御メッセージは、前記ビーム固定技法の支援可否を示す値、前記ビーム方向の不一致が発生する場合に補償が行われるまでの所要時間、３次元空間で前記端末の傾きや回転で発生する角度の測定可能解像度、前記端末の移動による速度に対する解像度のうち少なくとも一つを含む請求項１３に記載の方法。
15. 無線通信システムにおける装置において、
    少なくとも一つの送受信機と、
    前記少なくとも一つの送受信機と動作的に結合された制御部を含み、
    前記制御部は、
    他の装置のビーム方向に対応する、前記装置のビーム方向で前記装置の基準方向を識別（ｉｄｅｎｔｉｆｙ）し、
    前記装置の傾き（ｔｉｌｔ）、移動及び回転のうち少なくとも一つの変化量を識別し、
    前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つの変化量に基づいて、前記装置のビーム方向の変化量を識別し、
    前記識別されたビーム方向の変化量に基づいて、前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生したか否かを決定し、
    前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生したと決定した場合、前記識別されたビーム方向の変化量に基づいてビームフォーミングパラメータを識別し、
    前記識別されたビームフォーミングパラメータに基づいて前記装置のビーム方向を調整するように構成される装置。
16. 前記少なくとも一つの送受信機は、前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つによって引き起こされる前記装置のビーム方向の変化量を補償して、前記装置のビーム方向を前記装置の基準方向に維持できるか否かを示す制御メッセージを前記他の装置に送信するように追加的に構成され、
    前記制御部は、ビームトレーニング（ｂｅａｍ ｔｒａｉｎｉｎｇ）に基づいて前記装置のビーム方向が前記他の装置に対するビーム方向と一致するのか否かを決定するように追加的に構成され、
    前記ビームトレーニングの時間周期は、前記制御メッセージが前記装置のビーム方向が前記装置の基準方向に維持されることができるか否かによって設定される請求項１５に記載の装置。
17. 前記制御部は前記装置の位置情報及び前記他の装置の位置情報に基づいて前記装置のビーム方向が前記他の装置に対するビーム方向と一致するのか否かを決定するように追加的に構成される請求項１５に記載の装置。
18. 前記制御部は、前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つの変化量を検出した後、前記装置のビーム方向が前記装置の基準方向と一致しないか否かを決定するために、
    前記識別されたビーム方向の変化量がしきい値より大きい又は同じ場合、前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生したと決定し、
    前記識別されたビーム方向の変化量が前記しきい値より小さい場合、前記装置のビーム方向と前記装置の基準方向の不一致が発生しなかったと決定するように追加的に構成される請求項１５に記載の装置。
19. 前記ビームフォーミングパラメータは、プリコーディングコードブックのインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングベクトルのうち少なくとも一つを含む請求項１５に記載の装置。
20. 前記ビームフォーミングパラメータは、アンテナ別位相及び大きさの値を含む請求項１５に記載の装置。
21. 前記ビームフォーミングパラメータは、アンテナ別回転角度、勾配角度のうち少なくとも一つを含む物理的姿勢制御値を含む請求項１５に記載の装置。
22. 前記ビームフォーミングパラメータは、前記ビーム方向に対応する少なくとも一つのアンテナを指示するインデックスを含む請求項１５に記載の装置。
23. 前記少なくとも一つの送受信機は、
    前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つによって引き起こされる前記装置のビーム方向の変化量を補償して、前記装置のビーム方向を前記装置の基準方向に維持できるか否かを示す制御メッセージを前記他の装置に送信するように追加的に構成され、
    前記制御メッセージは前記装置のビーム方向を前記装置の基準方向に維持するために、所要する時間を示す情報を含み、
    前記制御部は、
    指定された規則に基づいて前記ビームフォーミングパラメータを識別するように構成され、
    前記指定された規則は前記基準方向と前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つの変化量を入力変数として使用する請求項１５に記載の装置。
24. 前記制御部は、
    マッピングテーブルに基づいて前記ビームフォーミングパラメータを識別する過程を含み、
    前記マッピングテーブルは前記基準方向と前記装置の傾き、前記移動及び前記回転のうち少なくとも一つの変化量に基づいて前記ビームフォーミングパラメータを定義する請求項１５に記載の装置。
25. 無線通信システムにおける端末の装置において、
    少なくとも一つの送受信機と、
    前記少なくとも一つの送受信機と動作的に結合された制御部を含み、
    前記制御部は、
    制御するビーム固定技法を支援するのか否かを知らせる制御メッセージを生成し、
    前記制御メッセージを基地局に送信するように構成され、
    前記ビーム固定技法は、
    前記端末の傾き、動き、及び回転のうち少なくとも一つによって引き起こされる前記端末のビーム方向の変化量を補償して前記ビーム方向を前記基地局の基準ビーム方向に維持する方法を示す装置。
26. 前記制御メッセージは、前記ビーム固定技法の支援可否を示す値、前記ビーム方向の不一致が発生する場合に補償が行われるまでの所要時間、３次元空間で前記端末の傾きや回転で発生する角度の測定可能解像度、前記端末の移動による速度に対する解像度のうち少なくとも一つを含む請求項２５に記載の装置。
27. 無線通信システムにおける基地局の装置において、
    少なくとも一つの送受信機と、
    前記少なくとも一つの送受信機と動作的に結合された制御部を含み、
    前記制御部は、
    端末がビーム固定技法を支援するのか否かを知らせる制御メッセージを受信し、
    前記制御メッセージを介して前記端末が前記ビーム固定技法を支援するのか否かを決定し、
    前記端末の傾き、動き、及び回転のうち少なくとも一つによって引き起こされる前記端末のビーム方向の変化量を補償して前記ビーム方向を前記基地局の基準ビーム方向に維持する方法を示す装置。
28. 前記制御メッセージは、前記ビーム固定技法の支援可否を示す値、前記ビーム方向の不一致が発生する場合に補償が行われるまでの所要時間、３次元空間で前記端末の傾きや回転で発生する角度の測定可能解像度、前記端末の移動による速度に対する解像度のうち少なくとも一つを含む請求項２７に記載の装置。