JP6212043B2 - ビームフォーミング基盤の無線通信システムにおけるビームを選択するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビームフォーミング基盤の無線通信システムに関し、特に、ビームフォーミング基盤の無線通信システムにおける移動局の初期接続のための上向きリンクビームアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）のための装置及び方法に関する。

無線通信システムは、持続的に増加する無線データトラフィックの需要を満たすために、高データ伝送率を支援するための方向に発展している。例えば、無線通信システムは、データ伝送率の増加のために、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）などの通信技術に基づいて周波数の効率性（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を改善する方向に技術開発が進められている。

しかし、スマートフォン及びタブレットＰＣに対する需要の増加と、これに基づいて多量のトラフィックを要求する応用プログラムの増加によりデータトラフィックに対する要求がさらに加速化され、周波数の効率性改善の技術だけでは急増する無線データトラフィックの需要を満たすことが困難な問題が発生する。

前述の問題点を克服するための方法として超高周波帯域を使用する無線通信システムに対する関心が急増している。

超高周波帯域を通じて無線通信を支援する場合、無線通信システムは、超高周波帯域の周波数の特性上、経路損失、反射損失等の電波損失が増加する問題点がある。これによって、超高周波帯域を使用する無線通信システムは、電波損失によって電波の到達距離が短くなってサービス領域（ｃｏｖｅｒａｇｅ）が減少する問題が発生する。

超高周波帯域を使用する無線通信システムは、ビームフォーミング技術を用いて電波の経路損失を緩和して電波の伝達距離を増加させることにより、サービス領域を増大させうる。

ビームフォーミング技術を用いる場合、送信端は互いに異なる方向性を持つ多数個の送信ビームパターンを構成することができる。また、受信端は互いに異なる方向性を持つ多数個の受信ビームパターンを構成することもできる。

これによって、ビームフォーミング技術を用いる場合、無線通信システムの送信端と受信端は、最適な伝送効率が得られる送信ビームパターンと受信ビームパターンを選択するための技術を必要とする。

したがって、本発明の目的は、ビームフォーミング技術を用いる無線通信システムにおける最適な伝送効率が得られる送信ビームパターン及び受信ビームパターンを選択するための装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、ビームフォーミング技術を用いる無線通信システムにおける送信ビームパターン及び受信ビームパターンの選択による遅延を減らすための装置及び方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、ビームフォーミング技術を用いる無線通信システムにおける移動局の初期接続の遅延を減らすための装置及び方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、ビームフォーミング技術を用いる無線通信システムにおける移動局の初期接続の際、最適な伝送効率が得られる送信ビームパターン及び受信ビームパターンを選択するための装置及び方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、ビームフォーミング技術を用いる無線通信システムにおける移動局の初期接続の際、送信ビームパターン及び受信ビームパターンの選択による遅延を減らすための装置及び方法を提供することにある。

本発明の目的を達成するための本発明の第１見地によれば、多数個のビームパターンを構成できる無線通信システムの基地局でビームパターンを選択するための方法は、方向探知チャネルの各時間区間を通じて方向探知信号の受信可否を確認する過程と、前記方向探知チャネルの各時間区間に対する方向探知信号の受信可否の情報を伝送する過程と、ランダムアクセスチャネルを通じて受信ビームパターンを変更しながら移動局が少なくとも一つの送信ビームパターンを通じて伝送するランダムアクセス信号を受信する過程と、前記ランダムアクセス信号を考慮して移動局の送信ビームパターンのいずれかの送信ビームパターンと前記基地局の受信ビームパターンのいずれかの受信ビームパターンを選択する過程と、を含む。

本発明の第２見地によれば、多数個のビームパターンを構成できる無線通信システムの移動局で信号を伝送するための方法は、方向探知チャネルの時間区間を通じて送信ビームパターンを変更しながら方向探知信号を基地局に伝送する過程と、前記方向探知チャネルの時間区間のうち基地局が方向探知信号を受信した少なくとも一つの時間区間を確認する過程と、前記基地局が方向探知信号を受信した少なくとも一つの時間区間を通じて方向探知信号を伝送した送信ビームパターンを候補送信ビームパターンに設定する過程と、前記候補送信ビームパターンを用いてランダムアクセス信号を前記基地局に伝送する過程と、を含む。

本発明の第３見地によれば、多数個のビームパターンを構成できる無線通信システムの基地局でビームパターンを選択するための装置は、多数個のアンテナ要素から構成される少なくとも一つのアンテナ部と、方向探知チャネルの各時間区間に対する方向探知信号の受信可否の情報を伝送する送信部と、前記方向探知チャネルの各時間区間を通じて方向探知信号の受信可否を確認し、ランダムアクセスチャネルを通じて受信ビームパターンを変更しながら受信したランダムアクセス信号を考慮して移動局の送信ビームパターンのいずれかの送信ビームパターンと前記基地局の受信ビームパターンのいずれかの受信ビームパターンを選択する制御部を含む。

本発明の第４見地によれば、多数個のビームパターンを構成できる無線通信システムの移動局で信号を伝送するための装置は、多数個のアンテナ要素から構成される少なくとも一つのアンテナ部と、前記移動局の支援可能な送信ビームパターンのうち、前記アンテナ部を通じて信号を伝送するための送信ビームパターンを選択するビーム設定部と、方向探知チャネルの時間区間を通じて送信ビームパターンを変更しながら方向探知信号を基地局に伝送する送信部と、前記方向探知チャネルの時間区間のうち基地局が方向探知信号を受信した少なくとも一つの時間区間を通じて方向探知信号を伝送した送信ビームパターンを候補送信ビームパターンに決定する制御部を含み、前記送信部は、前記制御部で決定した前記候補送信ビームパターンを用いてランダムアクセス信号を前記基地局に伝送する。

前述のようにビームフォーミング技術を用いる無線通信システムで送信端が支援可能なすべての送信ビームパターンのうち、一部の送信ビームパターンのみを用いてビームアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を行なうことにより、最適な送信ビームパターン及び受信ビームパターンを選択するための遅延を減らすことができる利点がある。

また、移動局の初期接続の際、送信端が支援可能なすべての送信ビームパターンのうち、一部の送信ビームパターンのみを用いて上向きリンクビームアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を行うことにより、移動局の初期接続の遅延を減らすことができる利点がある。

本発明による無線通信システムにおける移動局の送信ビーム及び基地局の受信ビームを示す図面である。 本発明の実施例による無線通信システムにおけるビームアライメントの手順を示す図面である。 本発明の実施例による移動局で方向探知信号を伝送するための構成を示す図面である。 本発明の実施例による基地局で方向探知情報を伝送するための構成を示す図面である。 本発明の実施例による移動局でランダムアクセス信号を伝送するための構成を示す図面である。 本発明の実施例による無線通信システムの基地局でビームアライメントの手順を示す図面である。 本発明の実施例による無線通信システムの移動局でビームアライメントの手順を示す図面である。 本発明による送信ビームを形成するための移動局の詳細ブロック構成を示す図面である。 本発明による受信ビームを形成するための基地局の詳細ブロック構成を示す図面である。 本発明による受信ビームを形成するための基地局のブロック構成を示す図面である。 本発明による送信ビームを形成するための移動局のブロック構成を示す図面である。

以下、本発明の望ましい実施例を添付された図面の参照とともに詳しく説明する。また、本発明を説明するにおいて、関連した公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に混乱させうると判断された場合、その詳細な説明は省略する。また、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これはユーザ、運用者の意図、または慣例などによって異なりうる。したがって、その定義は本明細書の全般にわたる内容に基づいて下されなければならないだろう。

以下、本発明は、ビームフォーミング基盤の無線通信システムにおけるビームアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）による遅延を減らすための技術について説明する。ここで、ビームアライメントは、多数個の送信ビームパターンを支援する送信端と多数個の受信ビームパターンを支援する受信端が信号を送受信するための最適なチャネルを形成するための送信ビームパターンと受信ビームパターンを選択する一連の過程を示す。

以下の説明は、移動局の初期接続時に行なわれる上向きリンクビームアライメントを行なうものと仮定して説明する。

移動局が互いに異なる方向性を持つ送信ビームを形成できる場合、移動局は、下記図１に示すように互いに異なる方向に送信ビームを形成することができる。また、基地局が互いに異なる方向性を持つ受信ビームを形成できる場合、基地局は、下記図１に示すように、互いに異なる方向に受信ビームを形成することができる。

図１は、本発明による無線通信システムにおける送信端の送信ビーム及び受信端の受信ビームを示している。

図示されたように移動局１１０は、互いに異なる方向にビームを形成するための多数個の送信ビームパターンを支援する。また、基地局１００は、互いに異なる方向に信号を受信するための多数個の受信ビームパターンを支援する。

移動局１１０が基地局１００に初期接続する場合、基地局１００と移動局１１０とは、移動局１００の初期接続のための上向きリンクビームアライメントを行なう。例えば、移動局１１０は、基地局１００の位置に対する情報がわからないので、移動局１１０が支援可能なすべての送信ビームパターンを通じてランダムアクセス信号を伝送する。また、移動局１１０は、基地局１００が受信ビームパターンを通じて移動局１１０が支援可能なすべての送信ビームパターンを通じて伝送したランダムアクセス信号を受信できるようにランダムアクセス信号を伝送する。これによって、移動局１１０が互いに異なる方向性を持つＮ個の送信ビームパターンを支援し、基地局１００が互いに異なる方向性を持つＭ個の受信ビームパターンを支援する場合、移動局１１０は、Ｎ×Ｍ回のランダムアクセス信号を伝送する。

基地局１００は、受信ビームパターンを変更しながら移動局１１０が伝送したランダムアクセス信号を受信して最適な移動局１１０の送信ビームパターンと基地局１００の受信ビームパターンを選択する。

前述のように、移動局１１０と基地局１００の上向きリンクビームアライメントを行なう場合、無線通信システムは、移動局１１０のランダムアクセス信号の伝送遅延によって移動局１００の初期接続が遅延されることがある。

これによって、基地局１００と移動局１１０とは、図２に示すように上向きリンクビームアライメントのためにランダムアクセス信号を伝送する送信ビームパターンの数を限定しうる。

図２は、本発明の実施例による無線通信システムにおけるビームアライメントの手順を示している。

図示されたように、基地局２００は、サービス領域に同期チャネルを放送する（段階２２１）。例えば、基地局２００は、周期的に同期チャネルを放送する。他の例として、例えば、基地局２００は、非周期的に同期チャネルを放送することもできる。この時、移動局２１０は、基地局２００から提供された同期チャネルを用いて基地局２００との同期を獲得する。

以後、基地局２００は、サービス領域にセル情報を放送する（段階２２３）。例えば、セル情報は、方向探知チャネル及びランダムアクセスチャネルのリソース割り当て情報と基地局２００が支援できる受信ビームパターンの個数情報を含む。ここで、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報は、端末が方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルを通じて信号を伝送する位置を確認できる情報を含む。例えば、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報は、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのそれぞれの位置情報及び周期情報の少なくとも一つを含む。その時、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報は、放送チャンネルの他にも事前に移動局２１０と基地局２００間の事
前のシステム構造として定義されることもある。

また、受信ビームパターンの個数情報は、基地局２００が方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数情報を含むこともある。具体的に、受信ビームパターンの個数情報は、基地局２００が方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数Ｍ１に対する情報と、１つの方向探知チャンネルで同一の受信ビームを適用する個数Ｎ１に対する情報の少なくとも一つを含みうる。

移動局２１０は、基地局２００から提供される方向探知チャネルのリソース割り当て情報を考慮して方向探知信号を伝送する（段階２２５）。例えば、移動局２１０は、図３に示すように方向探知チャネルに含まれる時間区間ごとに送信ビームパターンを変更して方向探知信号を伝送する。この時、移動局２１０は、基地局２００から提供された受信ビームパターンの個数情報によって方向探知信号を伝送するときに使用する伝送ビームの形態を決定しうる。例えば、移動局２１０は、基地局２００が方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数Ｍ１に対する情報によってＭ１ほど同一の送信方向にビームを用いて方向探知信号を伝送しうる。他の例として、移動局２１０は、基地局２００が一つの方向探知チャンネルで同一の受信ビームを適用する個数Ｎ１に対する情報によってＮ１ほど互いに異なる送信方向のビームを用いて方向探知信号を伝送することもできる。

基地局２００は、方向探知チャネルに含まれる時間区間のうち移動局２１０が伝送した方向探知信号が受信される時間区間を確認する。この時、基地局２００は、受信ビームフォーミング技術を使用しないで、又はビーム幅の広い受信ビームパターンを用いて方向探知信号が受信されるかを確認する。例えば、方向探知チャネルが図４の（ａ）に示すように、１２個の時間区間を含む場合、移動局４１０、４２０、４３０は、それぞれ１２個の時間区間ごとに送信ビームパターンを変更して方向探知信号を伝送する。この時、基地局４００は、各時間区間を通じて方向探知信号が受信されるかを確認する。もし、１０番目の時間区間を通じて移動局１（４１０）及び移動局３（４３０）の方向探知信号を受信し、１番目の時間区間を通じて移動局２（４２０）の方向探知信号を受信した場合、基地局４００は、移動局の１番及び１０番の時間区間を方向探知信号が受信される時間区間であると認識する。ここで、基地局４００は、各時間区間の受信電力又は受信信号の相関値を考慮して各時間区間を通じて方向探知信号が受信されるかを確認する。

以後、基地局２００は、方向探知チャネルの時間区間のうち、方向探知信号が受信された少なくとも一つの時間区間に対する情報を移動局２１０に伝送する（段階２２７）。この時、基地局２００は、方向探知信号を受信した時間区間に対する情報を含む方向探知情報を移動局２１０に伝送する。例えば、図４の（ａ）において基地局４００が１番及び１０番の時間区間を通じて方向探知信号を受信した場合、基地局４００は、図４の（ｂ）に示すように、１番及び１０番の時間区間の方向探知信号の受信情報を示すビットマップを生成して移動局４１０に伝送する。ここで、図４の（ｂ）に示したビットマップは、方向探知信号を受信した時間区間を『１』と表す。

移動局２１０は、基地局２００が方向探知信号を受信した時間区間の間に方向探知信号を伝送した送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。例えば、基地局２００から図４の（ｂ）のように構成されたビットマップを受信した場合、移動局４１０は、方向探知チャネルの１番目及び１０番目の時間区間を通じて方向探知信号を伝送した２つの送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。

以後、移動局２１０は、候補送信ビームパターンを用いてランダムアクセス信号を伝送する（段階２２９）。この時、移動局２１０は、基地局２００の支援可能なすべての受信ビームパターン別に候補送信ビームパターンを通じてランダムアクセス信号を伝送する。例えば、図５に示すように、送信ビームパターン＃１と＃１０が候補送信ビームパターンで、基地局５００がＭ個の受信ビームパターンを支援する場合、移動局５１０は、送信ビームパターン＃１を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送する（５２０）。以後、移動局５１０は、送信ビームパターン＃１０を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送する（５３０）。ここで、ランダムアクセス信号は、移動局５１０の識別情報を含む。

基地局２００は、各受信ビームパターンを通じて受信したランダムアクセス信号を用いて移動局２１０と信号を送受信するための最適な移動局２１０の送信ビームパターンと基地局２００の受信ビームパターンを選択する。例えば、基地局２００は、各受信ビームパターンを通じて受信したランダムアクセス信号を用いて各送信ビームパターン及び受信ビームパターンの組合せのチャネルの状態を推定する。以後、基地局２００は、チャネルの状態が最も良い送信ビームパターン及び受信ビームパターンの組合せを移動局２１０と信号を送受信するための最適な移動局２１０の送信ビームパターンと基地局２００の受信ビームパターンとして選択する。

以後、基地局２００は、最適な移動局２１０の送信ビームパターンと基地局２００の受信ビームパターン情報を含む上向きリンクビームアライメント情報を移動局２１０に伝送する（段階２３１）。

前述のように、基地局２００が受信ビームフォーミング技術を使用しないで、又はビーム幅の広い受信ビームパターンを用いて方向探知信号を受信する場合、方向探知信号の伝送距離は、基地局２００が狭いビーム幅の受信ビームパターンを使用する場合に比べて短くなる。これによって、移動局２１０は、方向探知信号の伝送距離を伸ばすため、最小限のトーン（ｔｏｎｅ）を使用して方向探知信号を伝送する。具体的に、基地局２００が狭いビーム幅の受信ビームパターンを使用する時、移動局２１０が１６個のトーンを用いて信号を伝送する場合、移動局２１０は、一つのトーンを通じて方向探知信号を伝送する。この場合、移動局２１０は、１２ｄＢ（１０×ｌｏｇ１０（１６））の伝送電力の集中効果によって方向探知信号の伝送距離を伸ばすことができる。

他の例として、移動局２１０は、方向探知信号の伝送距離を伸ばすため、最小限の副搬送波（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒ）を使用して方向探知信号を伝送することもできる。

さらに他の例として、移動局２１０は、方向探知信号の伝送距離を伸ばすため、最小限の周波数帯域を使用して方向探知信号を伝送する。

さらに他の例として、移動局２１０は、反復信号／コード伝送（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｃｏｄｅ）方式を用いて方向探知信号の伝送距離を伸ばすことができる。

さらに他の例として、移動局２１０は、低符号化率（ｌｏｗ ｃｏｄｅ ｒａｔｅ）を持つ符号を使用して方向探知信号の伝送距離を伸ばすこともできる。

図６は、本発明の実施例による無線通信システムの基地局でビームアライメントの手順を示している。

図６を参照すると、基地局は段階６０１でサービス領域に位置する移動局に同期チャネルを伝送する。例えば、基地局は、周期的に同期チャネルを放送する。他の例として、基地局は非周期的に同期チャネルを放送することもできる。

以後、基地局は、段階６０３に進み、サービス領域に位置する移動局にセル情報を伝送する。例えば、基地局は、セル情報をサービス領域に放送する。ここで、セル情報は、方向探知チャネルのリソース割り当て情報、ランダムアクセスチャネルのリソース割り当て情報及び基地局が支援できる受信ビームパターンの個数情報を含む。方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報は、端末が方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルを通じて信号を伝送する位置を確認できる情報を含む。例えば、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソースの割り当て情報は、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのそれぞれの位置情報及び周期情報の少なくとも一つを含む。その時、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報は、放送チャンネルの他にも事前に移動局と基地局間の事前のシステム構造として定義されることもある。

また、受信ビームパターンの個数情報は、基地局の方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数情報を含むこともある。具体的に、受信ビームパターンの個数情報は、基地局が方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数Ｍ１に対する情報と、一つの方向探知チャンネルで同一の受信ビームを適用する個数Ｎ１に対する情報の少なくとも一つを含みうる。即ち、受信ビームパターンの個数情報は、移動局が方向探知信号を伝送するときに使用する伝送ビームの形態を決定するために必要な情報を含みうる。

セル情報を伝送した後、基地局は、段階６０５に進み、方向探知チャネルの各時間区間を通じて方向探知信号が受信されるかを確認する。この時、基地局は、受信ビームフォーミング技術を使用しないで、又はビーム幅の広い受信ビームパターンを用いて方向探知チャネルに含まれる時間区間別に方向探知信号が受信されるかを確認する。例えば、図４の（ａ）に示すように、移動局４１０、４２０、４３０が方向探知チャネルを構成する１２個の時間区間を通じて方向探知信号を伝送する場合、基地局４００は、各時間区間を通じて方向探知信号が受信されるかを確認する。もし、１０番目の時間区間を通じて移動局１（４１０）及び移動局３（４３０）の方向探知信号を受信し、１番目の時間区間を通じて移動局２（４２０）の方向探知信号を受信した場合、基地局４００は、移動局の１番及び１０番目の時間区間を方向探知信号が受信される時間区間として認識する。ここで、基地局４００は、各時間区間の受信電力又は受信信号の相関値を考慮して各時間区間を通じて方向探知信号が受信されるかを確認する。

方向探知チャネルを通じて方向探知信号を受信した場合、基地局は６０７段階に進み、方向探知チャネルの時間区間のうち方向探知信号が受信された少なくとも一つの時間区間に対する情報をサービス領域に伝送する。この時、基地局は、方向探知信号を受信した時間区間に対する情報を含む方向探知情報をサービス領域に位置する移動局に伝送する。例えば、図４の（ａ）で基地局４００が１番目及び１０番目の時間区間を通じて方向探知信号を受信した場合、基地局４００は、図４の（ｂ）に示すように、１番目及び１０番目の時間区間の方向探知信号の受信情報を示すビットマップを生成して移動局４１０に伝送する。
ここで、図４の（ｂ）に示したビットマップは、方向探知信号を受信した時間区間を『１』と表す。

方向探知情報を伝送した後、基地局は、段階６０９に進み、受信ビームパターンを変更しながらランダムアクセスチャネルを通じてランダムアクセス信号を受信する。例えば、図５に示すように、移動局５１０の送信ビームパターン＃１と＃１０が候補送信ビームパターンである場合、基地局５００は、受信ビームパターンを変更しながら移動局５１０が送信ビームパターン＃１を通じて伝送するランダムアクセス信号を受信する（５２０）。以後、基地局５００は、受信ビームパターンを変更しながら移動局５１０が送信ビームパターン＃１０を通じて伝送するランダムアクセス信号を受信する（５３０）。ここで、ランダムアクセス信号は、移動局５１０の識別情報を含む。

各受信ビームパターンを通じてランダムアクセス信号を受信した後、基地局は段階６１１に進み、各受信ビームパターンを通じて受信したランダムアクセス信号を用いて移動局と信号を送受信するための最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターンを選択する。例えば、基地局は、各受信ビームパターンを通じて受信したランダムアクセス信号を用いて各送信ビームパターン及び受信ビームパターンの組合せのチャネルの状態を推定する。以後、基地局は、チャネル状態が最も良い送信ビームパターン及び受信ビームパターンの組合せを移動局と信号を送受信するための最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターンを選択する。

最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターンを選択した後、基地局は段階６１３に進み、最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターン情報を含む上向きリンクビームアライメント情報を移動局に伝送する。

以後、基地局は、本アルゴリズムを終了する。

図７は、本発明の実施例による無線通信システムの移動局でビームアライメントの手順を示している。

図７を参照すると、移動局は、段階７０１で基地局から提供された同期信号を用いて基地局との同期を獲得する。

以後、移動局は、段階７０３に進み、基地局から提供されるセル情報から方向探知チャネルのリソース割り当て情報とランダムアクセスチャネルのリソース割り当て情報を確認する。ここで、セル情報は、基地局が支援できる受信ビームパターンの個数に対する情報をさらに含むこともある。

方向探知チャネルのリソース割り当て情報を確認した後、移動局は、段階７０５に進み、方向探知チャネルのリソース割り当て情報を考慮して方向探知信号を伝送する。例えば、移動局は図３に示すように方向探知チャネルに含まれる時間区間ごとに送信ビームパターンを変更して方向探知信号を伝送する。この時、移動局は、方向探知信号の伝送距離を伸ばすため、最小限のトーン（ｔｏｎｅ）、又は副搬送波（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒ）、又は周波数帯域を使用して方向探知信号を伝送したり、反復信号／コード伝送（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｃｏｄｅ）方式、又は低符号化率（ｌｏｗ ｃｏｄｅ ｒａｔｅ）を持つ符号を使用して方向探知信号を伝送したりすることができる。追加的に、移動局は、基地局から提供された受信ビームパターンの個数情報によって方向探知信号を伝送するときに使用する伝送ビームの形態を決定することができる。例えば、移動局は、基地局が方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数Ｍ１に対する情報によってＭ１ほど同一の送信方向にビームを用いて方向探知信号を伝送しうる。他の例として、移動局は、基地局が一つの方向探知チャンネルで同一の受信ビームを適用する個数Ｎ１に対する情報によってＮ１ほど互いに異なる送信方向のビームを用いて方向探知信号を伝送することもできる。

以後、移動局は、段階７０７に進み、基地局から方向探知情報が受信されるかを確認する。

基地局から方向探知情報が受信された場合、移動局は段階７０９に進み、方向探知情報を考慮して候補送信ビームパターンを確認する。具体的に、移動局は、方向探知情報を通じて方向探知チャネルの時間区間のうち、基地局が方向探知信号を受信した時間区間を確認する。この時、移動局は、基地局が方向探知信号を受信した時間区間の間に方向探知信号を伝送した送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。例えば、図４の（ｂ）に示されたように、基地局４００が方向探知チャネルの１番目及び１０番目の時間区間を通じて方向探知信号を受信した場合、移動局４１０は、方向探知チャネルの１番目及び１０番目の時間区間を通じて方向探知信号を伝送した２つの送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。

候補送信ビームパターンを確認した後、移動局は、段階７１１に進み、候補送信ビームパターンを用いてランダムアクセス信号を伝送する。この時、移動局は、基地局の支援可能なすべての受信ビームパターン別に候補送信ビームパターンを通じてランダムアクセス信号を伝送する。例えば、図５に示すように、送信ビームパターン＃１と＃１０が候補送信ビームパターンである場合、移動局５１０は、送信ビームパターン＃１を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送する（５２０）。以後、移動局５１０は、送信ビームパターン＃１０を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送する（５３０）。ここで、ランダムアクセス信号は、移動局５１０の識別情報を含む。Ｍは、基地局の支援可能な受信ビームパターンの個数を表す。

ランダムアクセス信号を伝送した後、移動局は段階７１３に進み、基地局から提供された上向きリンクビームアライメント情報から基地局が選択した最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターン情報を確認する。

以後、移動局は、本アルゴリズムを終了する。

図１０は、本発明による受信ビームを形成するための基地局のブロック構成を示している。

図示されたように、基地局は、データ生成部１０００、制御部１０１０、送信部１０２０、受信部１０３０、及びデータ処理部１０４０を含む。

データ生成部１０００は、データを生成する部分であってネットワーク又は上位階層から提供されたそれぞれの移動局に伝送するデータを制御部１０１０の制御によって送信部１０２０に伝送する。

送信部１０２０は、制御部１０１０の制御によってデータ生成部１０００から提供されたデータをアナログ信号に転換してアンテナを通じて移動局に伝送する。

受信部１０３０は、アンテナを通じて受信したアナログ信号をデータで復号化し、復号化されたデータを制御部１０１０の制御によってデータ処理部１０４０に伝送する。

データ処理部１０４０は、制御部１０１０の制御によって受信部１０３０から提供された復号化されたデータを上位階層又はネットワークに伝送する。

制御部１０１０は、基地局のデータ送受信を制御する。特に、制御部１０１０は、送信部１０２０を通じて信号を伝送するための送信ビームを形成するように制御し、受信部１０３０を通じて信号を受信するための受信ビームを形成するように制御する。例えば、制御部１０１０は、ビームアライメントのために放送チャンネル情報生成部１０１１、ビットマップ生成部１０１３、受信ビーム制御部１０１５、方向探知チャンネル結果処理部１０１７、及びランダムアクセスチャンネル受信情報処理部１０１９を含みうる。

放送チャンネル情報生成部１０１１は、少なくとも一つの移動局に共通的なシステム制御情報を放送チャンネルを通じて伝送するように制御する。ここで、システム制御情報は、同期信号、セル情報を含む。セル情報は、方向探知チャンネルのリソース割り当て情報、ランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報及び基地局が支援できる受信ビームパターンの個数情報を含む。また、受信ビームパターンの個数情報は、基地局の方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数情報を含むこともある。具体的に、受信ビームパターンの個数情報は、基地局が方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数Ｍ１に対する情報と、一つの方向探知チャンネルで同一の受信ビームを適用する個数Ｎ１に対する情報の少なくとも一つを含みうる。

また、放送チャンネル情報生成部１０１１は、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルを通じて信号を受信するための受信ビームを制御するように方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報を受信ビーム制御部１０１５に伝送する。

受信ビーム制御部１０１５は、放送チャンネル情報生成部１０１１から提供された方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報を考慮して方向探知信号及びランダムアクセス信号を受信できるように受信ビームを制御する。例えば、受信ビーム制御部１０１５は、方向探知チャンネルを通じて信号を受信する場合、受信ビームフォーミング技術を使用しないか、ビーム幅の広い受信ビームパターンを用いるように制御する。他の例として、受信ビーム制御部１０１５は、受信ビームパターンを変更しながらランダムアクセスチャンネルを通じてランダムアクセス信号を受信するように制御しうる。
もし、図５に示したように移動局５１０の送信ビームパターン＃１と＃１０が候補送信ビームパターンである場合、受信ビーム制御部１０１５は、受信ビームパターンを変更しながら移動局５１０が送信ビームパターン＃１を通じて伝送するランダムアクセス信号を受信する（５２０）。以後、受信ビーム制御部１０１５は、受信ビームパターンを変更しながら移動局５１０が送信ビームパターン＃１０を通じて伝送するランダムアクセス信号を受信する（
５３０）。

方向探知チャンネル結果処理部１０１７は、受信ビーム制御部１０１５の制御によって受信部１０３０を通じて方向探知信号を受信した場合、方向探知信号の受信結果を確認する。具体的に、方向探知チャンネル結果処理部１０１７は、方向探知チャンネルの時間区間のうち方向探知信号が受信された少なくとも一つの時間区間に対する情報を確認する。

ビットマップ生成部１０１３は、方向探知チャンネル結果処理部１０１７から提供された方向探知信号の受信結果によるビットマップを生成して送信部１０２０を通じて移動局に伝送する。例えば、図４の（ａ）で基地局４００が１番及び１０番の時間区間を通じて方向探知信号を受信した場合、ビットマップ生成部１０１３は、図４の（ｂ）に示したように１番及び１０番の時間区間の方向探知信号の受信情報を示すビットマップを生成して移動局４１０に伝送する。ここで、図４の（ｂ）に示したビットマップは、方向探知信号を受信した時間区間を『１』と表す。

ランダムアクセスチャンネル受信情報処理部１０１９は、ランダムアクセスチャンネルを通じて受信したランダムアクセス信号を用いて移動局に対する登録を完了する。具体的に、ランダムアクセスチャンネル受信情報処理部１０１９は、ランダムアクセスチャンネルを通じて受信したランダムアクセス信号を用いて移動局と信号を送受信するための最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターンを選択する。

図１１は、本発明による送信ビームを形成するための移動局のブロック構成を示している。

図示されたように、移動局は、データ生成部１１００、制御部１１１０、送信部１１２０、受信部１１３０、及びデータ処理部１１４０を含む。

データ生成部１１００は、データを生成する部分にネットワーク又は上位階層から提供されたデータを制御部１１１０の制御によって送信部１１２０に伝送する。

送信部１１２０は、制御部１１１０の制御によってデータ生成部１１００から提供されたデータをアナログ信号に変換してアンテナを通じて基地局に伝送する。

受信部１１３０は、アンテナを通じて受信したアナログ信号をデータで復号化し、復号化されたデータを制御部１１１０の制御によってデータ処理部１１４０に伝送する。

データ処理部１１４０は、制御部１１１０の制御によって受信部１１３０から提供された復号化されたデータを上位階層又はネットワークに伝送する。

制御部１１１０は、移動局のデータ送受信を制御する。特に、制御部１１１０は、送信部１１２０を通じて信号を伝送するための送信ビームを形成するように制御し、受信部１０３０を通じて信号を受信するための受信ビームを形成するように制御する。例えば、制御部１０１０は、送信ビームを選択するため、方向探知チャネル伝送制御部１１１１、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３、放送チャンネル情報受信部１１１５、及びビットマップ受信部１１１７を含みうる。

放送チャンネル情報受信部１１１５は、受信部１１３０から提供されたシステム制御情報で方向探知チャンネルのリソース割り当て情報とランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報を確認する。ここで、セル情報は、基地局が支援できる受信ビームパターンの個数に対する情報をさらに含みうる。方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのリソース割り当て情報は、方向探知チャンネル及びランダムアクセスチャンネルのそれぞれの位置情報及び周期情報の少なくとも一つを含む。

方向探知チャネル伝送制御部１１１１は、放送チャンネル情報受信部１１１５で確認した方向探知チャンネルのリソース割り当て情報によって送信部１１２０を通じて方向探知信号を伝送するように制御する。例えば、方向探知チャネル伝送制御部１１１１は、図３に示したように方向探知チャンネルに含まれる時間区間ごとに送信ビームパターンを変更して方向探知信号を伝送するように制御する。この時、方向探知チャネル伝送制御部１１１１は、方向探知信号の伝送距離を伸ばすため、最小限のトーン、又は副搬送波、又は周波数帯域を使用して方向探知信号を伝送したり、反復信号／コードの伝送方式又は低符号化率を持つ符号を使用して方向探知信号を伝送するように制御しうる。追加的に、方向探知チャネル伝送制御部１１１１は、基地局から提供された受信ビームパターンの個数情報によって方向探知信号を伝送するときに使用する伝送ビームの形態を決定しうる。例えば、方向探知チャネル伝送制御部１１１１は、基地局が方向探知チャンネルを通じて信号を受信するときに使用する受信ビームパターンの個数Ｍ１に対する情報によってＭ１ほど同一の送信方向にビームを用いて方向探知の信号を伝送しうる。他の例として、方向探知チャネル伝送制御部１１１１は、基地局が一つの方向探知チャンネルで同一の受信ビームを適用する個数Ｎ１に対する情報によってＮ１ほど互いに異なる送信方向のビームを用いて方向探知の信号を伝送することもできる。

ビットマップ受信部１１１７は、受信部１１３０を通じて受信したビットマップを通じて基地局の方向探知信号の受信結果を確認する。例えば、ビットマップ受信部１１１７は、方向探知チャンネルの時間区間のうち、基地局が方向探知信号を受信した時間区間を確認する。

ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、ランダムアクセスチャンネルを通じてランダムアクセス信号を伝送するように制御する。この時、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、ビットマップ受信部１１１７から提供された基地局の方向探知信号の受信結果を用いてランダムアクセス信号を伝送するように制御する。具体的に、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、基地局が方向探知の信号を受信した時間区間の間に方向探知信号を伝送した送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。例えば、図４の（ｂ）に示したように基地局４００が方向探知チャンネルの１番目及び１０番目の時間区間を通じて方向探知信号を受信した場合、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、方向探知チャンネルの１番目及び１０番目の時間区間を通じて方向探知信号を伝送した２つの送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。

以後、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、候補送信ビームパターンを用いてランダムアクセス信号を伝送するように制御する。この時、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、基地局の支援可能なすべての受信ビームパターン別に候補送信ビームパターンを通じてランダムアクセス信号を伝送するように制御する。例えば、図５に示したように送信ビームパターン＃１と＃１０が候補送信ビームパターンである場合、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、送信ビームパターン＃１を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送する（５２０）。以後、ランダムアクセスチャンネル伝送制御部１１１３は、送信ビームパターン＃１０を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送する（５３０）。

前述のように構成される基地局及び移動局は、ビームフォーミングシステムに適用させるために図８及び図９に示されたように構成されうる。

図８は、本発明による送信ビームを形成するための移動局の詳細ブロック構成を示す。ここで、移動局は、デジタル／アナログハイブリッドビームフォーミング方式を使用するものと仮定する。

図示されたように、移動局は、Ｋ個のチャネル符号部８００−１〜８００−Ｋ、ＭＩＭＯ符号部８１０、プリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）８２０、ＮＴ個のＲＦ経路８３０−１〜８３０−ＮＴ、ＮＴ個のアンテナ部８５０−１〜８５０−ＮＴ、ビーム設定部８６０、及び送信制御部８７０を含んで構成される。

Ｋ個のチャネル符号部８００−１〜８００−Ｋのそれぞれは、チャネル符号器（ｃｈａｎｎｅｌ ｅｎｃｏｄｅｒ）及び変調器（ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含んで構成され、受信端に伝送する信号を符号化及び変調して出力する。

ＭＩＭＯ符号部８１０は、ＮＴ個のアンテナ部８５０−１〜８５０−ＮＴを通じて信号を伝送するため、Ｋ個のチャネル符号部８００−１〜８００−Ｋから提供された変調信号をＮＴ個のストリームを通じて伝送すべき信号で多重化して出力する。

プリコーダ８２０は、ＭＩＭＯ符号部８１０から提供されたＮＴ個の信号をデジタルビームフォーミングのためのプリコード（ｐｒｅｃｏｄｅ）にプリコーディング（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）してそれぞれのＲＦ経路８３０−１〜８３０−ＮＴに提供する。

ＮＴ個のＲＦ経路８３０−１〜８３０−ＮＴのそれぞれは、プリコーダ８２０から提供された信号を該当アンテナ部８５０−１〜８５０−ＮＲを通じて出力するために処理する。この時、ＮＴ個のＲＦ経路８３０−１〜８３０−ＮＴは、同様に構成される。これによって、以下の説明で第１ＲＦ経路８３０−１の構成を代表として説明する。この時、残りのＲＦ経路８３０−２〜８３０−ＮＴは、第１ＲＦ経路８３０−１の構成と同様に構成される。

第１ＲＦ経路８３０−１は、ＮＡ個の変調部８３２−１１〜８３２−１ＮＡとアナログビーム形成部８８０及びＮＡ個の電力増幅器８４０−１１〜８４０−１ＮＡを含んで構成される。ここで、ＮＡはアンテナ部１ ８５０−１を構成するアンテナ要素（ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔ）の個数を表す。

ＮＡ個の変調部８３２−１１〜８３２−１ＮＡのそれぞれは、プリコーダ８２０から提供された信号を通信方式によって変調して出力する。例えば、ＮＡ個の変調部８３２−１１〜８３２−１ＮＡのそれぞれは、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器及びデジタルアナログ変換器（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）を含んで構成される。ＩＦＦＴ演算器は、ＩＦＦＴ演算を通じてプリコーダ８２０から提供された信号を時間領域の信号に変換する。デジタルアナログ変換器は、ＩＦＦＴ演算器から提供された時間領域の信号をアナログ信号に変換して出力する。

アナログビーム形成部８８０は、ビーム設定部８６０から提供された送信ビーム加重値によってＮＡ個の変調部８３２−１１〜８３２−１ＮＡから提供されたＮＡ個の送信信号の位相を変更して出力する。例えば、アナログビーム形成部８８０は、多数個の位相変更部８３４−１１〜８３４−１ＮＡ、８３６−１１〜８３６−１ＮＡ及び結合部８３８−１１〜８３８−１ＮＡを含んで構成される。ＮＡ個の変調部８３２−１１〜８３２−１ＮＡのそれぞれは、出力信号をＮＡ個の信号に分離してそれぞれの位相変更部８３４−１１〜８３４−１ＮＡ、８３６−１１〜８３６−１ＮＡに出力する。それぞれの位相変更部８３４−１１〜８３４−１ＮＡ、８３６−１１〜８３６−１ＮＡは、ビーム設定部８６０から提供された送信ビーム加重値によってＮＡ個の変調部８３２−１１〜８３２−１ＮＡから提供された信号の位相を変更する。結合部８３８−１１〜８３８−１ＮＡは、アンテナ要素に該当する位相変更部８３４−１１〜８３４−１ＮＡ、８３６−１１〜８３６−１ＮＡの出力信号を結合して出力する。

電力増幅器８４０−１１〜８４０−１ＮＡのそれぞれは、結合部８３８−１１〜８３８−１ＮＡから提供された信号の電力を増幅してアンテナ部１ ８５０−１を通じて外部に出力する。

ビーム設定部８６０は、送信制御部８７０の制御によって信号を伝送するのに使用する送信ビームパターンを選択し、選択した送信ビームパターンによる送信ビーム加重値をアナログビーム形成部８９０に提供する。例えば、ビーム設定部８６０は、送信制御部８７０の制御によって方向探知信号を伝送する送信ビームパターンによる送信ビーム加重値をアナログビーム形成部８８０に提供する。他の例として、ビーム設定部８６０は、送信制御部８７０の制御によってランダムアクセス信号を伝送すべき候補送信ビームのパターンによる送信ビーム加重値をアナログビーム形成部８８０に提供する。

送信制御部８７０は、送信ビームを形成するための送信ビームパターンを選択するようにビーム設定部８６０を制御する。例えば、送信制御部８７０は、方向探知チャネルに含まれる時間区間ごとに送信ビームパターンを変更して方向探知信号を伝送するようにビーム設定部８６０を制御する。この時、送信制御部８７０は、基地局から提供されるセル情報から確認した方向探知チャネルのリソース割り当て情報を考慮して方向探知信号を伝送するように制御する。また、送信制御部８７０は、方向探知信号の伝送距離を伸ばすため、最小限のトーン（ｔｏｎｅ）、又は副搬送波（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒ）、又は周波数帯域を使用して方向探知信号を伝送するか、反復信号／コード伝送（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｃｏｄｅ）方式、又は低符号化率（ｌｏｗ ｃｏｄｅ ｒａｔｅ）を持つ符号を使用して方向探知信号を伝送するように制御することもある。

送信制御部８７０は、基地局から提供される方向探知情報を考慮して候補送信ビームパターンを決定する。具体的に、送信制御部８７０は、方向探知情報を通じて基地局が方向探知信号を受信した時間区間を確認する。この時、送信制御部８７０は、基地局が方向探知信号を受信した時間区間の間に方向探知信号を伝送した送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。例えば、図４の（ｂ）に示されたように、基地局４００が方向探知チャネルの１番目の時間区間及び１０番目の時間区間で方向探知信号を受信した場合、送信制御部８７０は、方向探知チャネルの１番目の時間区間及び１０番目の時間区間を通じて方向探知信号を伝送した２つの送信ビームパターンを候補送信ビームパターンとして認識する。

送信制御部８７０は、候補送信ビームパターンを用いてランダムアクセス信号を伝送するようにビーム設定部８６０を制御する。この時、送信制御部８７０は、基地局の支援可能なすべての受信ビームパターン別に候補送信ビームパターンを通じてランダムアクセス信号を繰り返して伝送するようにビーム設定部８６０を制御する。例えば、図５に示すように、送信ビームパターン＃１と＃１０が候補送信ビームパターンである場合、送信制御部８７０は、送信ビームパターン＃１を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送するようにビーム設定部８６０を制御する。以後、送信制御部８７０は、送信ビームパターン＃１０を通じてランダムアクセス信号をＭ回繰り返して伝送するようにビーム設定部８６０を制御する。ここで、Ｍは、基地局の支援可能な受信ビームパターンの個数を表す。

前述の実施例において移動局は、送信ビームフォーミングを支援するための送信部を含む。図示されていないが、移動局は基地局から信号を受信する受信部をさらに含む。この時、移動局は、受信部を通じてセル情報と方向探知情報、及び上向きリンクビームアライメント情報を受信する。

図９は、本発明による受信ビームを形成するための基地局の詳細ブロック構成を示している。ここで、基地局は、デジタル／アナログハイブリッドビームフォーミング方式を使用するものと仮定する。

図示されたように、基地局は、ＮＲ個のアンテナ部９００−１〜９００−ＮＲ、ＮＲ個のＲＦ経路９１０−１〜９１０−ＮＴ、後処理部９２０、ＭＩＭＯ復号部９３０、Ｔ個のチャネル復号部９４０−１〜９４０−Ｔ、制御部９５０、及びビーム設定部９６０を含んで構成される。

ＮＲ個のＲＦ経路９１０−１〜９１０−ＮＲのそれぞれは、該当アンテナ部９００−１〜９００−ＮＲを通じて受信された信号を処理する。この時、ＮＲ個のＲＦ経路９１０−１〜９１０−ＮＲは、同様に構成される。これによって、以下の説明で第１ＲＦ経路９１０−１の構成を代表として説明する。この時、残りのＲＦ経路９１０−２〜９１０−ＮＲは、第１ＲＦ経路９１０−１の構成と同様に構成される。

第１ＲＦ経路９１０−１は、アナログビーム形成部９８０及びＮＢ個の変調部９１８−１１〜９１８−１ＮＢを含んで構成される。ここで、ＮＢは、アンテナ部１ ９００−１を構成するアンテナ要素（ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔ）の個数を表す。

アナログビーム形成部９７０は、ビーム設定部９６０から提供された送信ビーム加重値によってアンテナ部１ ９００−１を構成するアンテナ要素から提供されたＮＢ個の受信信号の位相を変更して出力する。例えば、アナログビーム形成部９７０は、多数個の位相変更部９１２−１１〜９１２−１ＮＢ、９１４−１１〜９１４−１ＮＢ及び結合部９１６−１１〜９１６−１ＮＢを含んで構成される。アンテナ部１ ９００−１を構成するアンテナの要素は、受信信号をＮＢ個の信号に分離してそれぞれの位相変更部９１２−１１〜９１２−１ＮＢ、９１４−１１〜９１４−１ＮＢに出力する。それぞれの位相変更部９１２−１１〜９１２−１ＮＢ、９１４−１１〜９１４−１ＮＢは、ビーム設定部９６０から提供された受信ビーム加重値によってアンテナ部１ ９００−１を構成するアンテナ要素から提供された信号の位相を変更する．結合部９１６−１１〜９１６−１ＮＢは、アンテナ要素に該当する位相変更部９１２−１１〜９１２−１ＮＢ、９１４−１１〜９１４−１ＮＢの出力信号を結合して出力する。

ＮＢ個の復調部９１８−１１〜９１８−１ＮＢのそれぞれは、結合部９１６−１１〜９１６−１ＮＢから提供された受信信号を通信方式によって復調して出力する。例えば、ＮＢ個の復調部９１８−１１〜９１８−１ＮＢのそれぞれは、アナログデジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）及びＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含んで構成される。アナログデジタル変換器は、結合部９１６−１１〜９１６−１ＮＢから提供された受信信号をデジタル信号に変換する。ＦＦＴ演算器は、ＦＦＴ演算を通じてアナログデジタル変換器から提供された信号を周波数領域の信号に変換する。

後処理部９２０は、ＮＲ個のＲＦ経路９１０−１〜９１０−ＮＲから提供された信号を送信端のプリコーディング方式によってポストデコーディング（ｐｏｓｔ ｄｅｃｏｄｉｎｇ）してＭＩＭＯ復号部９３０に提供する。

ＭＩＭＯ復号部９３０は、後処理部９２０から提供されたＮＲ個の受信信号をＴ個のチャネル復号部９４０−１〜９４０−Ｔで復号できるようにＴ個の信号に多重化して出力する。

Ｔ個のチャネル復号部９４０−１〜９４０−Ｔのそれぞれは、復調器（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）及びチャネル復号器（ｃｈａｎｎｅｌ ｄｅｃｏｄｅｒ）を含んで構成され、送信端に提供された信号を復調及び復号化する。

制御部９５０は、ビームアライメントのための基地局の全般的な動作を制御する。例えば、制御部９５０は、初期接続を要請する移動局との上向きリンクビームアライメントを制御する。具体的に、制御部９５０は、サービス領域に方向探知チャネルのリソース割り当て情報、ランダムアクセスチャネルのリソース割り当て情報及び基地局の支援できる受信ビームパターンの個数情報などを含むセル情報を伝送する。以後、制御部９５０は、方向探知チャネルの各時間区間を通じて方向探知信号を受信するように制御する。この時、制御部９５０は、受信ビームフォーミング技術を使用しないで、又はビーム幅の広い受信ビームパターンを用いて方向探知信号が受信するようにビーム設定部９６０を制御する。

また、制御部９５０は、方向探知チャネルの時間区間のうち、方向探知信号が受信された少なくとも一つの時間区間に対する情報を含む方向探知情報をサービス領域に伝送する。例えば、制御部９５０は、図４の（ｂ）に示されたように、各時間区間の方向探知信号の受信有無を示すビットマップをサービス領域に伝送する。ここで、制御部９５０は、各時間区間の受信電力又は受信信号の相関値を考慮して各時間区間を通じて方向探知信号が受信されるかを確認する。

以後、制御部９５０は、受信ビームパターンを変更しながらランダムアクセスチャネルを通じてランダムアクセス信号を受信するようにビーム設定部９６０を制御する。例えば、図５に示すように、移動局５１０の送信ビームパターン＃１と＃１０が候補送信ビームパターンである場合、制御部９５０は、受信ビームパターンを変更しながら移動局５１０が送信ビームパターン＃１を通じて伝送するランダムアクセス信号を受信するようにビーム設定部９６０を制御する。以後、制御部９５０は、受信ビームパターンを変更しながら移動局５１０が送信ビームパターン＃１０を通じて伝送するランダムアクセス信号を受信するようにビーム設定部９６０を制御する。

また、制御部９５０は、各受信ビームパターンを通じて受信したランダムアクセス信号を用いて移動局と信号を送受信するための最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターンを選択する。この時、制御部９５０は、最適な移動局の送信ビームパターンと基地局の受信ビームパターン情報を含む上向きリンクビームアライメント情報を移動局に伝送する。

ビーム設定部９６０は、支援可能な多数個の受信ビームパターンのうち、送信端又は制御部９５０で選択した送信ビームパターンに対応する受信ビームパターンによって信号を受信するように受信ビーム加重値をアナログビーム形成部９７０に提供する。

前述の実施例において基地局は、受信ビームフォーミングを支援するための受信部を含む。図示されていないが、基地局は移動局に信号を伝送するための送信部をさらに含む。
この時、基地局は、送信部を通じてセル情報と方向探知情報、及び上向きリンクビームアライメント情報を伝送する。

前述の実施例において無線通信システムは、移動局の初期の接続の際、上向きリンクビームアライメントを行なう。

他の実施例において無線通信システムは、基地局と移動局の通信のうち、同様な方式でビームアライメントを行なうこともある。

前述のようにビームフォーミング技術を使用する無線通信システムにおいて送信端が支援可能なすべての送信ビームパターンの一部の送信ビームパターンのみを用いてビームアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を行なうことにより、最適な送信ビームパターン及び受信ビームパターンを選択するための遅延を減らすことができる利点がある。

また、移動局の初期の接続の際、送信端が支援可能なすべての送信ビームパターンの一部の送信ビームパターンのみを用いて上向きリンクビームアライメントを行うことにより、移動局の初期の接続遅延を減らすことができる利点がある。

一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で様々な変形が可能であることは言うまでもない。したがって、本発明の範囲は説明された実施例に限られて定められてはならず、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よって定められなければならない。

１００ 基地局
１１０ 移動局
２００ 基地局
２１０ 移動局

Claims (15)

1. 無線通信システムにおける基地局の動作方法であって、
   方向探知チャネルの時間区間それぞれで移動局が互いに異なる送信ビームパターンそれぞれを用いて送信した方向探知信号が受信されるか否かを確認する過程と、
   前記時間区間のうち前記方向探知信号が受信された少なくとも一つの時間区間を指示する情報を前記移動局に送信する過程と、
   ランダムアクセスチャネルを通じて複数個の受信ビームパターンを用いて前記移動局が少なくとも一つの送信ビームパターンを用いて送信するランダムアクセス信号を受信する過程と、
   ここで、前記少なくとも一つの送信ビームパターンは前記互いに異なる送信ビームパターンのうち前記少なくとも一つの時間区間で使用された送信ビームパターンであって、前記情報に基づいて決定され、
   前記情報に基づいて前記少なくとも一つの時間区間で使用された少なくとも一つの送信ビームパターンを識別する過程と、
   前記ランダムアクセス信号に基づいて前記複数個の受信ビームパターンのうち前記少なくとも一つの送信ビームパターンに対応する少なくとも一つの受信ビームパターンを決定する過程と、を含む方法。
2. 前記方向探知信号の受信可否を確認する過程以前に前記方向探知チャネルのリソース割り当て情報及び前記ランダムアクセスチャネルのリソース割り当て情報を送信する過程をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記方向探知信号が受信されるか否かは、前記時間区間それぞれに対して前記方向探知信号の受信電力又は相関値に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
4. 前記移動局から方向探知信号が受信されるか否かを確認する過程は、
   受信ビームフォーミングを適用せず、前記方向探知チャネルの前記時間区間それぞれを通じて前記方向探知信号が受信されるか否かを確認する過程を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記移動局から方向探知信号が受信されるか否かを確認する過程は、
   ビーム幅の広い受信ビームパターンを用いて前記方向探知チャネルの前記時間区間それぞれを通じて前記方向探知信号が受信されるか否かを確認する過程を含む請求項１に記載の方法。
6. 前記少なくとも一つの時間区間を指示する前記情報は、
   前記時間区間それぞれに対応するビットで構成されるビットマップを含み、
   前記ビットマップで前記ビットのうち前記少なくとも一つの時間区間に対応する少なくとも一つのビットが活性化された請求項１に記載の方法。
7. 前記少なくとも一つの送信ビームパターンに対応する前記少なくとも一つの受信ビームパターンに関する情報を前記移動局に送信する過程をさらに含む請求項１に記載の方法。
8. 無線通信システムにおける移動局の動作方法であって、
   方向探知チャネルの時間区間それぞれを通じて互いに異なる送信ビームパターンそれぞれを用いて方向探知信号を基地局に送信する過程と、
   前記時間区間のうち前記基地局によって前記方向探知信号が受信された少なくとも一つの時間区間を指示する情報を前記基地局から受信する過程と、
   ランダムアクセスチャネルを通じて少なくとも一つの送信ビームパターンを用いてランダムアクセス信号を送信する過程と、
   ここで、前記少なくとも一つの送信ビームパターンは前記互いに異なる送信ビームパターンのうち前記少なくとも一つの時間区間で使用された送信ビームパターンであって、前記情報に基づいて決定される方法。
9. 前記方向探知信号を基地局に送信する過程以前に前記基地局から前記方向探知チャネルのリソース割り当て情報及び前記ランダムアクセスチャネルのリソース割り当て情報を受信する過程をさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 前記方向探知信号を送信する過程は、
    前記時間区間を通じて送信ビームパターンを変更しながら信号を送信できる最小限のトーン(ｔｏｎｅ)、副搬送波(ｓｕｂ-ｃａｒｒｉｅｒ)、及び周波数帯域のいずれかに送信電力を集中させて前記方向探知信号を送信する過程を含む請求項８に記載の方法。
11. 前記方向探知信号を送信する過程は、
    前記時間区間を通じて送信ビームパターンを変更しながら反復信号/コード送信(ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｃｏｄｅ)方式又は低符号化率(ｌｏｗ ｃｏｄｅ ｒａｔｅ)を持つ符号を使用して前記方向探知信号を送信する過程を含む請求項８に記載の方法。
12. 前記少なくとも一つの時間区間を指示する前記情報は、
    前記時間区間それぞれに対応するビットで構成されるビットマップを含み、
    前記ビットマップで前記ビットのうち前記少なくとも一つの時間区間に対応する少なくとも一つのビットが活性化された請求項８に記載の方法。
13. 前記ランダムアクセス信号を送信する過程は、
    前記基地局の支援可能な受信ビームパターンの個数を考慮して前記少なくとも一つの送信ビームパターンを用いて前記ランダムアクセス信号を繰り返して送信する過程を含む請求項８に記載の方法。
14. 請求項１から請求項７のいずれかの方法を行うための基地局の装置。
15. 請求項８から請求項１３のいずれかの方法を行うための移動局の装置。