JP6865759B2 - ハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信技術に関し、より詳細には、ハイブリッドビームフォーミング（Ｈｙｂｒｉｄ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）構造においてビームフォーミング信号のうち副ローブ（Ｓｉｄｅｌｏｂｅ）信号による端末間の干渉を減少させるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法および装置に関する。

この部分に記述された内容は、単に本実施形態に対する背景情報を提供するだけで、従来技術を構成するものではない。

現在、５Ｇ移動通信など次世代移動通信が登場するに伴い、Ｇｂｐｓ（Ｇｉｇａｂｙｔｅｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）以上の無線伝送技術の必要性が増大している。また、数百ＭＨｚ以上の帯域幅の確保が容易なミリ波帯域の周波数が注目されている。また、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）が標準化の議論を始めるなど各企業と団体で５Ｇ要素技術の開発および標準技術の議論が活発に行われている。

ここで、ミリ波は、周波数が３０ＧＨｚ以上の電磁気波を意味する（３０〜３００ＧＨｚ）。このうち、現在２８ＧＨｚ、３８ＧＨｚ、６０ＧＨｚ、７０ＧＨｚなどの周波数を５Ｇ移動通信網に利用する周波数として考慮している。

このようなミリ波帯域は、既存の４Ｇ周波数帯域に比べて大気中に伝送損失が高く、回折性に劣る。したがって、一般的に多数のアンテナを利用して電波を所望の方向に集中させるビームフォーミング技術を無線伝送に活用している。

ビームフォーミングとは、アンテナから放射されたエネルギーが空間で特定の方向に集中するように送／受信信号を処理する技術を意味する。ビームフォーミングを通じて所望の方向からより強度が強い信号を受信したり、所望の方向に信号を伝達し、所望しない方向から来る信号を受けなくてもよい。

一方、既存の４Ｇ周波数帯域では、信号の大きさおよび位相をデジタル基底帯域（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂａｓｅｂａｎｄ）内で調節するデジタルビームフォーミング（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を一般的に活用していた。しかし、ミリ波をはじめとする高周波帯域では、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）端およびＡＤ／ＤＣ変換器（Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の複雑性と電力消耗のイシューに起因してアナログビームフォーミング（Ａｎａｌｏｇ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を活用するようになった。特に、ミリ波６０ＧＨｚを活用した無線ＰＡＮ／ＬＡＮ標準であるＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ／８０２．１１ａｄのＤｅ−Ｆａｃｔｏ標準もアナログビームフォーミングに該当する。

端末に比べて相対的に複雑性が少ない基地局端では、デジタルビームフォーミングとアナログビームフォーミングを結合したハイブリッドビームフォーミングを活用することがある。これは、デジタルビームフォーミングの柔軟性とマルチレイヤー伝送およびアナログビームフォーミングの単純性を結合したものである。

ハイブリッドビームフォーミングを通じてアンテナの個数を費用効率的に増加させることにより、マッシブＭＩＭＯ（Ｍａｓｓｉｖｅ Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）を具現する。また、ハイブリッドビームフォーミングの場合、同時に複数のビームフォーミング信号を生成することができる。これにより、複数のユーザに一つの周波数および時間資源を活用してビームフォーミング信号を伝送し得る。また、信号対雑音比（ＳＮＲ，Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）の向上と共に、周波数効率を増大させることができる。

しかし、この場合、同じ周波数および時間資源を活用して複数のユーザに伝送するビームフォーミング信号間に干渉問題が発生し得る。特にハイブリッドビームフォーミング構造においてアナログビームフォーミングを活用する場合、ビームフォーミング方向でなく、他の方向に伝送される副ローブの問題が大きく発生し得る。

もちろんＭＩＭＯデジタルプロセッシング（ＭＩＭＯ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を利用して複数のユーザ間に干渉を低減することも可能である。しかし、このような方式では、好適なリーチチャネル（Ｒｉｃｈ Ｃｈａｎｎｅｌ）の具現が難しく、演算の限界などの問題がある。これにより、ＲＦ端およびアナログビームフォーミング端でユーザ間の干渉を制御することが必要である。

これより、本発明は、ハイブリッドビームフォーミング構造で発生する副ローブ信号によるユーザ間の信号干渉を抑制するためのアルゴリズムを提案する。具体的に、ビームサーチ（Ｂｅａｍ Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ）時に複数の端末がＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）およびチャネル状態情報（ＣＳＩ，Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を利用してアナログビームフォーミング端で干渉を起こす信号を一次的に除去し、残存の干渉成分をデジタルビームフォーミング過程を通じて除去する方法および装置を提案する。

本発明で解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されず、言及していない他の技術的課題は、下記の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有するに明確に理解され得る。

本発明は、前述した課題を解決するための手段として、基地局が、無線資源が割り当てられた複数の端末から方向角が異なる複数のビームフォーミング信号に対して測定したＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を受信する段階と、基地局が前記受信したＳＩＮＲを基礎として複数の端末に対してそれぞれビームフォーミング信号を割り当てる段階と、基地局が前記複数の端末から割り当てられたビームフォーミング信号それぞれに対するチャネル状態情報（ＣＳＩ，Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を測定する段階と、基地局が前記チャネル状態情報を基礎として、アナログビームフォーミングを通じて他の端末と干渉を起こす前記割り当てられたビームフォーミング信号の副ローブ信号を１次除去（Ｎｕｌｌｉｎｇ）する段階と、を含むハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法を提供する。

本発明の他の態様は、アンテナ端に連結されるＲＦ信号処理部と、前記ＲＦ信号処理部に連結されたベースバンド信号処理部と、前記ＲＦ信号処理部を制御してアナログビームフォーミングを行うアナログビームフォーミング制御モジュールとを含み、無線資源が割り当てられた複数の端末に対してビームフォーミング信号を割り当てる制御部を含み、前記制御部は、前記複数の端末から割り当てられたビームフォーミング信号それぞれに対するチャネル状態情報（ＣＳＩ，Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を測定し、前記チャネル状態情報を基礎として前記ＲＦ信号処理部を制御して、他の端末と干渉を起こす前記割り当てられたビームフォーミング信号の副ローブ信号を１次除去（Ｎｕｌｌｉｎｇ）することを特徴とするハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信装置を提供する。

本発明によれば、ミリ波無線伝送システムの構造的問題を克服し、ハイブリッドビームフォーミング構造において副ローブによる干渉を抑制する。これにより、複数の端末が同じ周波数および時間資源を活用しても、複数の端末に対する電波干渉を最小化することにより、安定したサービス提供が可能である。

本発明で得ることができる効果は、以上で言及した効果に限定されず、言及していない他の効果は、下記の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得る。

本発明に関する理解を助けるために、詳細な説明の一部として含まれる添付の図面は、本発明に対する実施形態を提供し、詳細な説明と共に本発明の技術的特徴を説明する。

図１は、通常のデジタルビームフォーミングとアナログビームフォーミング構造を概略的に示す図である。 図２は、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信システムを示す模式図である。 図３は、本発明による実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信装置の構造を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法を実行する過程を示すメッセージ流れ図である。 図５は、本発明の実施形態によるビームフォーミングパターンとそれによる干渉を示す図である。 図６は、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングにより現れる干渉発生を示す模式図である。

本発明の課題解決手段の特徴および利点をより明確にするために、添付の図面に示された本発明の特定の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。

但し、下記の説明および添付の図面において本発明の要旨を不明にし得る公知の機能または構成に対する詳細な説明を省略する。また、図面全般にわたって同じ構成要素は、できるだけ同じ参照符号で示していることに留意しなければならない。

また、第１、第２等のように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために使用するものであって、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで使用され、前記構成要素を限定するために使用するものではない。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく、第２構成要素は、第１構成要素と命名され得、同様に、第１構成要素は、第２構成要素と命名され得る。

なお、任意の構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、「接続されて」いると言及する場合、これは、論理的または物理的に連結されるか、接続され得ることを意味する。言い換えれば、構成要素が他の構成要素に直接的に連結されるか、接続され得るが、中間に他の構成要素が存在してもよく、間接的に連結されるか、接続されてもよいと理解しなければならない。

また、本明細書で使用した用語は、ただ特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上、明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。また、本明細書で記述される「含む」又は「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたもの等の存在又は付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されなければならない。

また、明細書に記載された「…部」、「…器」、「モジュール」等の用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアやソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの結合で具現され得る。

また、「一（ａまたはａｎ）」、「一つ（ｏｎｅ）」、「その（ｔｈｅ）」および類似語は、本発明を記述する文脈において（特に、以下の請求項の文脈において）本明細書に別途に指示されたり、文脈により明白に反論されない限り、単数および複数の両方を含む意味で使用され得る。以下の説明で使用される特定の用語は、本発明の理解を助けるために提供されるものであり、このような特定の用語の使用は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で他の形態に変更され得る。

以下、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法およびこれのために装置について図１〜図６を参照して詳細に説明する。

図１は、通常のデジタルビームフォーミングとアナログビームフォーミング構造を概略的に示す図である。

図１の（Ａ）は、デジタルビームフォーミングが適用された無線通信装置の構造を示す図である。図１の（Ａ）を参照すると、図示のように、デジタルビームフォーミングが適用された無線通信装置は、多数のアンテナ１０ａと、前記多数のアンテナ１０ａにそれぞれ連結される低雑音増幅器（ＬＮＡ，Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｉｆｉｅｒ）１１ａと、混合器（Ｍｉｘｅｒ）１２ａと、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ，Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３ａと、前記混合器１２ａに局部発振信号を提供する局部発振器（ＬＯ，Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１４ａと、前記アナログ−デジタル変換器１３ａから出力されるベースバンド信号に対するコーディングを行うデジタル基底帯域モジュール（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂａｓｅｂａｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）１５ａとを含んで構成され得る。

前記で、低雑音増幅器１１ａ、混合器１２ａ、アナログ−デジタル変換器１３ａおよび局部発振器１４ａは、ＲＦ信号処理部２１０−１であって、アンテナ１０ａから受信されたＲＦ信号を処理するための構成である。また、デジタル基底帯域モジュール１５ａの集合は、ベースバンド信号処理部２２０−１であって、ベースバンド帯域の信号に対する処理を行うための構成である。

前述した構成の無線通信装置において、ビームフォーミングは、デジタル基底帯域モジュール１５ａにより具現される。

図１の（Ｂ）は、アナログビームフォーミング基盤の無線通信装置を示す図である。図１の（Ｂ）を参照すると、図示のように、アナログビームフォーミング基盤の無線通信装置は、アンテナ１０ｂ、低雑音増幅器（ＬＮＡ，Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｉｆｉｅｒ）１１ｂ、混合器（Ｍｉｘｅｒ）１２ｂ、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ，Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３ｂ、局部発振器（ＬＯ，Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１４ｂ、デジタル基底帯域モジュール（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂａｓｅｂａｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）１５ｂ、および位相シフター（Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｅｒ）１６を含んで構成され得る。

低雑音増幅器１１ｂ、混合器１２ｂ、アナログ−デジタル変換器１３ｂ、局部発振器１４ｂおよび位相シフター１６は、ＲＦ信号処理部２１０−２を構成する。また、デジタル基底帯域モジュール１５ｂは、ベースバンド信号処理部２２０−２を構成する。

前記図１の（Ａ）および（Ｂ）において、各アンテナ１０ａ、１０ｂは、電波送受信のために電磁波を特定の空間に送ったり、受ける役割をする。低雑音増幅器１１ａ、１１ｂは、アンテナ１０ａ、１０ｂが捕捉した微弱な信号を増幅させる。混合器１２ａ、１２ｂは、周波数変換のために非線形素子を利用して、二つ以上の周波数入力信号を乗算して他の周波数出力信号を形成する。局部発振器１４ａ、１４ｂは、混合器１２ａ、１２ｂで周波数変換に使用される周波数を発生させるために使用される発振器である。アナログ−デジタル変換器１３ａ、１３ｂは、連続性アナログ信号を二進デジタル信号に変換する役割をする。デジタル基底帯域モジュール１５ａ、１５ｂは、デジタル符号がパルス列に対応して変換されて、変調や復調なしに伝送、処理が行われるようにする構成である。

このような構成において、ビームフォーミングは、位相（Ｐｈａｓｅ）または強度（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）の調整を通じて行われる。位相は、同一周波数でその偏位の差異を示す。強度は、ビームフォーミング信号が形成する波動の変位サイズの極大値を意味する。

図１の（Ａ）に示されたデジタルビームフォーミング基盤の無線通信構造においては、デジタル基底帯域モジュール１５ａにより基底帯域端でパルスの位相変化を行うことにより、アンテナ１０ａに放射されるＲＦ信号のビームフォーミングを行う。図１の（Ｂ）に示されたアナログビームフォーミング基盤の無線通信構造においては、ＲＦ信号処理部２１０−２に設けられた位相シフター１６を制御することにより、ＲＦ端で電波の位相を変化させる。

このようなアナログビームフォーミングおよびデジタルビームフォーミング技術それぞれの長短所を補完するために、最近には、アナログビームフォーミングとデジタルビームフォーミングを混用するハイブリッドビームフォーミングが登場した。本発明は、このようなハイブリッドビームフォーミング構造を基盤とする。図２は、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信システムを示す模式図である。

図２を参照すると、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信システムは、多数の端末１００と無線通信装置２００との間で行われ得る。

端末１００は、本発明により提供される無線通信網に接続して各種データを送受信できるユーザ装置を意味する。ここで、端末（Ｔｅｒｍｉｎａｌ）は、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、ＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＭＳＳ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＳＳ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＡＭＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＷＴ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｅｒｍｉｎａｌ）、ＭＴＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）装置、Ｍ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ−ｔｏ−Ｍａｃｈｉｎｅ）装置、Ｄ２Ｄ装置（Ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−Ｄｅｖｉｃｅ）、ステーション（ＳＴＡ：Ｓｔａｔｉｏｎ）等の用語により代替され得る。ただし、これに限定されるものではなく、本発明で提供する無線通信網に連結された装置であれば、本明細書で言う端末に該当し得る。前記言及されたユニットと同等な水準のユニットが本発明による端末１００として使用されてもよい。このような端末１００は、本発明により提供される無線通信網を介して音声またはデータ通信を行うことができ、このための本発明の端末１００は、情報の送受信のためのブラウザ、プログラムおよびプロトコルを記憶するメモリー、各種プログラムを実行して演算および制御するためのマイクロプロセッサーなどを具備し得る。本発明の実施形態による端末１００は、多様な形態で具現され得る。

例えば、本明細書で記述される端末１００は、スマートフォン（ｓｍａｒｔ ｐｈｏｎｅ）、タブレットパソコン（Ｔａｂｌｅｔ ＰＣ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ＰＭＰ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｐｌａｙｅｒ）、ＭＰ３プレーヤーなどの無線通信技術が適用される移動端末を使用してもよい。このような端末１００は、通信網５００を介して音声またはデータ通信を行うことができ、このための本発明の端末１００は、情報の送受信のためのブラウザ、プログラムおよびプロトコルを記憶するメモリー、各種プログラムを実行して演算および制御するためのマイクロプロセッサーなどを具備し得る。

また、本発明において、無線通信装置２００は、一つ以上の端末１００と無線資源で連結されて、データを送受信する装置を意味するものであり、基地局（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ，ＢＳ）の役割をする装置を意味する。例えば、ノードＢ（ｎｏｄｅ Ｂ）、高度化ノードＢ（ｅｖｏｌｖｅｄ ｎｏｄｅ Ｂ、ｅＮｏｄｅＢ）、接近点（ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ，ＡＰ）、無線基地局（ｒａｄｉｏ ａｃｃｅｓｓ ｓｔａｔｉｏｎ，ＲＡＳ）、送受信基地局（ｂａｓｅ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ＢＴＳ）、ＭＭＲ（ｍｏｂｉｌｅ ｍｕｌｔｉｈｏｐ ｒｅｌａｙ）−ＢＳなどを指すこともでき、ノードＢ、ｅＮｏｄｅＢ，ＡＰ，ＲＡＳ，ＢＴＳ，ＭＭＲ−ＢＳなどの全部または一部の機能を含むこともできる。また、ＢＳＣ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、ＲＮＣ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）のような基地局制御器を含んで具現され得る。無線通信装置２００は、端末１００に無線信号を送信する。具体的に無線通信装置２００は、端末１００に一つ以上のビームフォーミング信号をそれぞれ異なる周波数または時間資源を割り当てて伝送し得る。

すなわち、無線通信装置２００は、通信カバレッジ内に位置する一つ以上の端末１００との連結を行い、前記一つ以上の端末１００とデータを送受信する。ここで、前記無線通信装置２００から端末１００に伝送されるデータを下向きリンク信号という。前記端末１００から無線通信装置２００に送信されるデータを上向きリンク信号という。以下、本発明の実施形態による無線通信装置２００の主な構成および動作方法について説明する。

図３は、本発明による実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信装置の構造を示すブロック図である。以下で説明する無線通信装置は、基地局側に設置されて、複数の端末との無線送受信を行うことができる。

図３を参照すると、本発明の実施形態による無線通信装置２００は、ＲＦ信号処理部２１０とベースバンド信号処理部２２０よりなる無線信号処理部（ＲＵ：Ｒａｄｉｏ Ｕｎｉｔ）と、デジタル信号処理部（ＤＵ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｕｎｉｔ）２３０と、制御部２４０とを含んでなり得る。

前記無線通信装置２００において、ＲＵ２３０とＤＵ２３０は、物理的に分離されて遠隔地に配置されて、光ケーブルなどを介して連結され得る。

また、前記ＲＦ信号処理部２１０は、多数のアンテナに連結されて、アンテナを介して送受信される信号を処理するためのものである。この際、アンテナは、位相配列アンテナで構成されたり、適応配列アンテナまたはＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇ）アンテナで構成されてもよい。

ＲＦ信号処理部２１０は、ＲＦ帯域でキャリア信号の振幅および位相の差異を利用してビームの形態および方向を調節するための構成であり、低雑音増幅器、フィルター、ミキサー、局部発振器、アナログ−デジタル変換器などを含む。ＲＦ信号処理部２１０は、上記した構成を通じて周波数下向き処理段階を行う。

特に、前記ＲＦ処理部２１０は、位相シフターを含み、各アンテナ要素に対して一定の位相差を有するように制御する構造である。このようなＲＦ処理部２１０は、各アンテナ要素の位相を調整することにより、ビームの方向を決定することができる。

ベースバンド信号処理部２２０は、前記ＲＦ信号処理部２１０から出力されるベースバンドのデジタル信号を受け入れ、その信号に対して空間的な処理を行うための構成である。ベースバンド信号処理部２２０は、電磁波をサンプル（Ｓａｍｐｌｅ）した後、それぞれの受信素子からの信号を複素デジタル数字に変換して高速デジタル処理器に伝送し、最終的にそれぞれ異なる方向を有するビームの集合を形成することができる。

ベースバンド信号処理部２２０は、デジタル化された信号にそれぞれの加重値ベクター（Ｗｅｉｇｈｔ Ｖｅｃｔｏｒ）を加えて信号を処理することができる。また、閉ループ回路を利用して所望のビームパターンに収束するようにそれぞれの加重値ベクターを計算していく構造で構成され得る。これは、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ）のようなビームフォーミングアルゴリズムを通じて具現されることもできる。

または、ベースバンド信号処理部２２０は、ビームフォーミングおよび指向性の合成機能を実現することができる。

ＤＵ２３０は、デジタル信号処理およびＲＵで処理される資源管理のための構成である。

制御部２４０は、無線通信装置２００の全般的な制御を行うための構成であり、一つ以上のプロセッサを含んで具現され得る。このプロセッサは、シングルスレッド（Ｓｉｎｇｌｅ−ｔｈｒｅａｄｅｄ）プロセッサであってもよく、他の具現例において本プロセッサは、マルチスレッド（Ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄｅｄ）プロセッサであってもよい。ひいては、制御部２４０は、前記一つ以上のプロセッサを用いて、無線通信装置２００内の記憶装置に記憶された命令を処理することにより動作し得る。この際、前記命令としては、例えばＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）やＥＣＭＡＳｃｒｉｐｔ命令などのスクリプト命令のような解釈される命令や実行可能なコードあるいはコンピュータで読み取り可能な媒体に記憶されるその他の命令が含まれ得る。

特に、本発明において、ハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法を行うコンピュータプログラムを記録した記録媒体は、無線通信装置２００内の記憶装置に記憶されて、前記制御部２４０によりローディングされて実行され得る。すなわち、制御部２４０は、本発明を行うためのアナログビームフォーミング制御モジュール２４１とデジタルビームフォーミング制御モジュール２４２のサービスロジックによって動作し、本発明による機能を行う。

ここで、「モジュール」は、それぞれ所定の機能を行う構成要素であって、ハードウェア、ソフトウェア、或いはハードウェアとソフトウェアの組合せで具現され得る。例えば、前記「モジュール」は、プログラムモジュールを意味でき、これは、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により実行され、所定の機能を行う、ソフトウェア構成要素、客体指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素及びタスク構成要素のような構成要素と、プロセス、関数、属性、プロシージャ、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバー、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ、及び変数を含む。また、構成要素と「〜モジュール」内で提供される機能は、さらに小さい数の構成要素及び「〜モジュール」に結合されるか、追加的な構成要素と「〜モジュール」とにさらに分離され得る。

アナログビームフォーミング制御モジュール２４１は、ＳＩＮＲを基礎として複数の端末に対してそれぞれビームフォーミング信号を割り当てることができる。これは、干渉が最小である二つ以上の端末を選択してビームフォーミング信号を割り当てる方式で行われ得る。

また、アナログビームフォーミング制御モジュール２４１は、チャネル状態情報（ＣＳＩ）を基礎として副ローブを除去するようにＲＦ信号処理部２１０を制御するための構成である。このようなアナログビームフォーミング制御モジュール２４１は、到来角（ＡｏＡ，Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を基盤として副ローブを除去するようにＲＦ信号処理部２１０を制御する構成をさらに含むことができる。

デジタルビームフォーミング制御モジュール２４２は、デジタルビームフォーミングプロセッシングを通じて副ローブ信号を除去するように前記ベースバンド信号処理部２２０を制御するための構成である。デジタルビームフォーミング制御モジュール２４２には、ブロック多角化（Ｂｌｏｃｋ Ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｉｏｎ）など多様なマルチユーザーＭＩＭＯプリコーディングアルゴリズム（ＭＵ−ＭＩＭＯ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が適用され得る。

また、制御部２４０は、副ローブ信号の１次除去後、前記割り当てられたビームフォーミング信号の強度を前記複数の端末から受信し、これを基盤として前記副ローブ信号の残存干渉成分を測定することができる。制御部２４０は、これを基盤としてデジタルビームフォーミングプロセッシングを行うことができる。この過程は、アナログビームフォーミング制御モジュール２４１またはデジタルビームフォーミング制御モジュール２４２で行うことができる。

以下、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法による副ローブによるユーザ間干渉を抑制するための過程について図４〜図６を参照して説明する。

図４は、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法を実行する過程を示すメッセージ流れ図である。

図４を参照すると、無線通信装置２００がまずビームサーチのために定められた周波数／時間資源を割り当てる（Ｓ４００）。以下、前記割り当てられた周波数帯域のビームを利用してビームサーチを行い、複数の端末１００がこれを受信して各種情報を測定し、無線通信装置２００がこれをベースとしてビームフォーミング信号を割当および除去して、干渉を除去する過程を説明する。

図４によれば、まず、無線通信装置２００は、複数の端末１００にビームフォーミング信号を伝送するためにビームサーチを行う（Ｓ４０２）。これにより、複数の端末は、無線通信装置２００においてそれぞれ異なる方向に放射された複数のビームに対するＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を測定してそれに関する情報を生成する（Ｓ４０４）。無線通信装置２００は、複数の端末から各複数のビームフォーミング信号に対して測定したＳＩＮＲの測定情報を受信する（Ｓ４０６）。

図５は、本発明の実施形態によるビームフォーミングパターンとそれによる干渉を示す図である。図５を参照すると、無線通信装置２００が送信するビームフォーミング信号の実際形態とビームフォーミング信号間の干渉形態を把握することができる。

図５は、本発明の実施形態による無線通信装置２００におけるビームフォーミング信号の伝送時に形成されるビームフォーミングパターンを示す図である。これを参照すると、意図したビームフォーミング方向に放射した主ローブ（Ｍａｉｎ Ｌｏｂｅ）とは別に、意図したビームフォーミング方向でなく、他の方向に副ローブが発生することが示されている。

図５は、このような副ローブの発生による多数のビームフォーミング信号間の干渉状態を示すものである。これを参照すると、サイズが６．０２ｄＢのビームフォーミング信号と５．６１ｄＢのビームフォーミング信号が、それぞれ本来放射した角度とは別個の副ローブを発生させて放射していることが分かる。また、このように発生した副ローブが相対信号の主ローブとその方向が類似していて、重複による干渉問題を引き起こしていることが分かる。

図６は、本発明の実施形態によるハイブリッドビームフォーミングにより現れる干渉発生を示す模式図である

図６を参照すると、無線通信装置２００で伝送されたビーム１の副ローブがビーム３の主ローブに干渉して複数の端末１００のうち一つである端末１００−３がビームフォーミング信号を受信するに際して干渉が起こることが分かる。

同様に、ビーム３の副ローブがビーム１の主ローブに干渉して端末１００−１がビームフォーミング信号を受信するとき、干渉が起こる場合を考えてみることもできる。

このような干渉を低減するために、無線通信装置２００は、ＳＩＮＲに基づいて複数の端末に対してそれぞれ異なる方向のビームフォーミング信号を割り当てる（Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）（Ｓ４０８）。この過程で、これを基盤として前記ビームサーチのために定められた周波数／時間資源のうち干渉が最小である端末同士に同じ周波数および時間資源を割り当て、干渉が激しい端末間にはそれぞれ異なる周波数および時間資源を割り当てる。図６を参照すると、同じ周波数／時間に割り当てられた信号は、互いに干渉が少ないビーム１とビーム７になり得る。

しかし、最大限干渉が少ない複数の端末１００に同一周波数および時間資源を使用するビームフォーミング信号が割り当てられたとしても、ある程度の干渉は存在するようになる。これにより、以後、同じ周波数および時間資源が割り当てられたビームフォーミング信号間の副ローブによる干渉を抑制するためにチャネル状態情報を測定する過程が続く（Ｓ４１０）。

チャネル状態情報は、移動通信では、各時点ごとに無線チャネル状態が速くて且つ大きく変化するので、これに関する情報を生成するためのものである。チャネル状態情報は、通信方式によって異なり得る。無線通信装置２００は、周期に応じて異なるチャネル状態情報を利用したり、非周期的にチャネル状態情報を測定して利用することも可能である。

チャネル状態情報を測定するために、無線通信装置２００は、一定の基準信号を複数の端末１００に伝送し得る。このような基準信号は、ビームサーチを行うのに利用されるビームフォーミング信号であり得る。端末１００は、無線通信装置２００で送る基準信号によって一定の計算を行って、その結果を無線通信装置２００に報告する（Ｓ４１２）。

また、端末１００は、無線通信装置２００からのビームフォーミング信号の到来角を測定することができる（Ｓ４１４）。

これは、電波干渉信号の位置推定方法の一つであり、受信側で信号の方向を捜し出して位置を決定する側位方式で行われ得る。すなわち、一つの無線通信装置２００に多数のアンテナが方向別に配置されている場合、信号を送るアンテナの番号を受信して各アンテナのカバレッジと受信した信号源の方向が重なる部位を、電波干渉を起こす信号源の位置として把握する方式になり得る。

または、端末１００の移動によって様々な部位で信号源に対する到来角を測定した後、到来角の変化情報と端末１００の移動情報を利用して電波干渉の信号源を捜し出す方式になり得る。

より具体的に、このような過程は、端末１００が到来角の値を無線通信装置２００に伝送（Ｓ４１６）して、無線通信装置２００内のアナログビームフォーミング制御モジュール２４１においてこれを基盤として電波干渉を起こす信号源を演算する方式で行われ得る。

無線通信装置２００内のアナログビームフォーミング制御モジュール２４１がチャネル状態情報と到来角を基盤として電波干渉を起こすビームフォーミング信号を演算した後、干渉を抑制するために前記電波干渉を起こすビームフォーミング信号を１次除去（Ｎｕｌｌｉｎｇ）することができる（Ｓ４１８）。１次除去は、電波干渉を起こす副ローブを除去する方式で行われ得る。

たとえ１次除去過程をチャネル状態情報と到来角を全部利用するものと説明したが、１次除去は、チャネル状態情報のみを基礎として電波干渉を起こすビームフォーミング信号を演算する方式で行われ得る。

このようにアナログビームフォーミング制御モジュール２４１で干渉を除去した後にも残存する端末間の干渉が存在し得る。二つの端末が同じ周波数および時間資源の割当を受け、アナログビームフォーミング制御過程を通じて干渉が１次除去された場合、残存する干渉を測定するために割り当てられたビームフォーミング信号の強度を前記複数の端末から受信する。これを基盤として前記副ローブ信号の残存干渉成分を確認することができる。具体的には、それぞれのビームから異なるパイロット信号（Ｐｉｌｏｔ Ｓｉｇｎａｌ）またはＣＳＩ−ＲＳ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を利用して信号強度を測定する（Ｓ４２０）。次に、測定した信号強度を無線通信装置２００に伝送して残存の干渉成分を把握することができる。

以後、デジタルビームフォーミング制御モジュール２４２で残存する端末間の干渉成分を除去する（Ｓ４２４）。この過程は、ブロック多角化など多様なＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディングアルゴリズムを使用することができる。

干渉成分が除去されたビームフォーミング信号は、端末１００との無線通信のために伝送される（Ｓ４２６）。この際、前記無線通信のためのビームフォーミング信号は、Ｓ４０８段階を経た後に伝送を継続し、伝送途中に干渉を除去することも可能である。

本明細書と図面では、例示的な装置構成を記述しているが、本明細書で説明する機能的な動作と主題の具現物は、他の類型のデジタル電子回路で具現されるか、本明細書で開示する構造およびその構造的な等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウエア或いはハードウェアで具現されるか、または、これらのうち一つ以上の結合で具現可能である。本明細書で説明する主題の具現物は、一つ以上のコンピュータプログラム製品、言い換えれば、本発明による装置の動作を制御するために、或いはこれによる実行のために、有形のプログラム格納媒体上にエンコードされたコンピュータプログラム命令に関する一つ以上のモジュールとして具現され得る。コンピュータで読み取り可能な媒体は、機械で読み取り可能な格納装置、機械で読み取り可能な格納基板、メモリ装置、機械で読み取り可能な電波型信号に影響を及ぼす物質の組成物或いはこれらのうち一つ以上の組合であってもよい。

本明細書は、多数の特定の具現物の詳細事項を含むが、これらは、如何なる発明や請求可能なものの範囲に対しても制限的なものとして理解されてはならず、かえって、特定の発明の特定の実施形態に特有な特徴に対する説明として理解しなければならない。個別的な実施形態の文脈で本明細書に記述された特定の特徴は、単一実施形態で組み合わせて具現されることもできる。反対に、単一実施形態の文脈で記述した多様な特徴も個別的に或いは如何なる適切な下位組合せでも複数の実施形態で具現可能である。さらに、特徴が特定の組合せで動作し、初期にそのように請求されたように描写され得るが、請求された組合せからの一つ以上の特徴は、一部の場合にその組合せから排除され得、その請求された組合せは、下位組合せや下位組合せの変形物に変更され得る。

同様に、特定の手順で図面で動作を描いているが、これは、好適な結果を得るために図示されたその特定の手順や順次な順にそのような動作を実行しなければならないか、すべての図示された動作が実行されなければならないものと理解されてはならない。特定の場合、マルチタスキングと並列プロセッシングが有利であることができる。また、前述した実施形態の多様なシステムコンポネントの分離は、そのような分離をすべての実施形態で要求するものと理解されてはならず、説明したプログラムコンポネントとシステムは、一般的に単一のソフトウェア製品に一緒に統合されるか、多重ソフトウェア製品にパッケージングされ得るという点を理解しなければならない。

本記述した説明は、本発明の最上のモードを提示しており、本発明を説明するために、そして当業者が本発明を製作及び利用できるようにするための例を提供している。このように作成された明細書は、その提示された具体的な用語に本発明を制限するものではない。したがって、前述した例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者なら、本発明の範囲を逸脱することなく、本例に対する改造、変更及び変形を加えることができる。

したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定めるものではなく、特許請求範囲により定めなければならない。

本発明は、無線通信技術分野に適用されて、多様な通信システムにおいてハイブリッドビームフォーミングを具現するための方法であり、産業上利用可能である。

本発明によれば、無線網をハイブリッドビームフォーミングするとき、副ローブ成分により端末に引き起こされる干渉をチェックし、これを考慮してビームフォーミングを行うことにより、無線通信装置に接続された端末に引き起こされるビームフォーミング信号相互間の電波干渉を低減し得る。

特に、本発明によれば、ハイブリッドビームフォーミングのために端末と基地局間の無線通信に同じ周波数／時間資源を活用しても、端末に対する電波干渉を最小化することにより、安定したサービスの提供が可能である。

Claims (7)

1. 基地局が、無線資源が割り当てられた複数の端末から方向角が異なる複数のビームフォーミング信号に対して測定したＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を受信する段階と、
   基地局が前記受信したＳＩＮＲを基礎として複数の端末に対してそれぞれビームフォーミング信号を割り当てる段階と、
   基地局が前記複数の端末から割り当てられたビームフォーミング信号それぞれに対するチャネル状態情報（ＣＳＩ，Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を受信する段階と、
   基地局が前記チャネル状態情報を基礎として、アナログビームフォーミングを通じて他の端末と干渉を起こす前記割り当てられたビームフォーミング信号の副ローブ信号を１次除去（Ｎｕｌｌｉｎｇ）する段階と、
   前記副ローブ信号の１次除去後、前記割り当てられたビームフォーミング信号の強度を前記複数の端末から受信する段階と、
   受信した前記ビームフォーミング信号の強度に基づいて、前記副ローブ信号の残存の干渉成分を確認する段階と、
   デジタルビームフォーミングを通じて前記副ローブ信号の残存の干渉成分を２次除去する段階と、を含むハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法。
2. 前記割り当てる段階は、
   前記ＳＩＮＲを基準として相互間の干渉が最小である二つ以上の端末を選択して、前記ビームフォーミング信号を割り当てることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法。
3. 基地局が端末への到来角（ＡｏＡ，Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を測定する段階をさらに含み、
   前記１次除去する段階は、
   前記チャネル状態情報と前記到来角を基盤として副ローブ信号を除去することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法。
4. 前記２次除去する段階は、
   マルチユーザーＭＩＭＯプリコーディングアルゴリズム（ＭＵ−ＭＩＭＯ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を使用することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信方法。
5. アンテナ端に連結されるＲＦ信号処理部と、
   前記ＲＦ信号処理部に連結されたベースバンド信号処理部と、
   前記ＲＦ信号処理部を制御してアナログビームフォーミングを行うアナログビームフォーミング制御モジュールと、前記ベースバンド信号処理部を制御して、デジタルビームフォーミングを行うデジタルビームフォーミング制御モジュールとを有する制御部を含み、
   前記制御部は、
   無線資源が割り当てられた複数の端末に対してビームフォーミング信号を割り当て、
   前記複数の端末から割り当てられたビームフォーミング信号それぞれに対するチャネル状態情報（ＣＳＩ，Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を受信し、
   前記チャネル状態情報を基礎として前記ＲＦ信号処理部を制御して、アナログビームフォーミングを通じて他の端末と干渉を起こす前記割り当てられたビームフォーミング信号の副ローブ信号を１次除去（Ｎｕｌｌｉｎｇ）し、
   前記副ローブ信号の１次除去後、前記割り当てられたビームフォーミング信号の強度を前記複数の端末から受信し、
   受信した前記ビームフォーミング信号の強度に基づいて、前記副ローブ信号の残存の干渉成分を確認し、
   前記ベースバンド信号処理部を制御してデジタルビームフォーミングを通じて前記副ローブ信号の残存干渉成分を２次除去する
   ように構成されていることを特徴とするハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信装置。
6. 前記制御部は、
   前記複数の端末に対する到来角（ＡｏＡ，Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）をさらに測定し、前記チャネル状態情報と前記到来角を基盤として前記他の端末と干渉を起こす副ローブ信号を除去するようにＲＦ信号処理部を制御することを特徴とする、請求項５に記載のハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信装置。
7. 前記制御部は、端末から受信したＳＩＮＲを基準として相互間の干渉が最小である二つ以上の端末を選択して、前記ビームフォーミング信号を割り当てることを特徴とする、請求項５に記載のハイブリッドビームフォーミングを利用した無線通信装置。

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