KR100552667B1 - 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치 및 방법 - Google Patents

안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치 및 방법이 개시된다. 이 장치는, 기지국으로부터 전송된 신호로부터 안테나별 채널의 하향 특성을 측정하고, 측정된 하향 특성으로부터 물리 공간 정보와 근사 장기 정보를 검출하고, 근사 장기 정보와 하향 특성으로부터 단기 정보를 생성하고, 단기 정보 및 물리 공간 정보를 궤환 신호로 변환하여 기지국으로 전송하는 이동국 및 수신한 궤환 신호로부터 복원한 단기 정보와 물리 공간 정보로부터 가중 정보를 추출하고, 전용 물리 채널 신호를 가중 정보로 빔 포밍하고, 빔 포밍된 결과에 파일롯트 채널 신호들을 결합하고, 결합된 결과들을 안테나 어레이를 통해 이동국으로 전송하는 기지국을 구비하고, 물리 공간 정보는 기지국을 기준으로 이동국의 위치에 대한 공간 정보이고, 근사 장기 정보는 안테나별 채널의 상관 특성을 반영한 장기 정보와 가장 가까운 장기 정보에 해당하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 빔-포밍에 의한 이득을 유지하면서도 궤환시켜야 하는 정보의 량이 많음으로 인해 야기되는 통신 성능의 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치 및 방법{Mobile-communication apparatus including antenna array and mobile communication method}
도 1은 본 발명에 의한 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이동 통신 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 이동 통신 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 3은 도 2에 도시된 제30 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 4는 도 1에 도시된 제k 이동국의 본 발명에 의한 실시예의 블럭도이다.
도 5는 도 3에 도시된 제44 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 6은 도 4에 도시된 장기 공간 정보 생성부의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 블럭도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제1 룩 업 테이블의 본 발명에 의한 일 실시예를 나타내는 테이블이다.
도 8은 도 5에 도시된 제80 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 설명하는 플로우차트이다.
도 9는 도 6에 도시된 어드레스 생성부의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 블럭도이다.
도 10은 도 9에 도시된 어드레스 생성부의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 블럭도이다.
도 11은 도 3에 도시된 제46 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 12는 도 4에 도시된 단기 정보 생성부의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 블럭도이다.
도 13은 도 2에 도시된 제32 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 14는 도 1에 도시된 기지국의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 블럭도이다.
도 15는 도 13에 도시된 제200 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 16은 도 14에 도시된 가중 정보 생성부의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 블럭도이다.
도 17은 도 15에 도시된 제264 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 18은 도 16에 도시된 정보 조합부의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 블럭도이다.
본 발명은 이동 통신 환경에서 페이딩, 간섭 및 잡음 등에 의한 영향을 최소로 줄이기 위해 전송할 신호의 빔을 사용자별로 집중시켜 사용자간 수신 신호의 간섭을 제거할 수 있는 안테나 어레이를 이용하는 이동 통신 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, 지멘스(Siemens)가 제안한 아이젠(Eigen)-빔-포밍 방법이 고유 벡터를 직접 양자화하여 이동국에서 기지국으로 궤환 하는 것 과는 달리, 궤환 정보량을 감소시켜 궤환 오류나 궤환 지연 등에 둔감하게 하여, 이동 통신 시스템의 성능을 향상시키는 이동 통신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
차세대 이동 통신 시스템은 현재의 개인용 통신 서비스(PCS:Personal Communication Services) 같은 기존의 이동 통신 시스템과 달리 보다 고속의 데이터 전송을 요구한다. 이미, 유럽과 일본은 광 대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access) 방식을, 북미는 다중 반송파 코드 분할 다중 접속(cdma-2000) 방식을 무선 접속 규격으로 표준화하고 있다.
일반적으로 이동 통신 시스템은 한 기지국을 통해 여러 이동국들이 통신하는 형태로 구성된다. 이동 통신 시스템에서 데이터를 고속으로 전송하기 위해서는 페이딩과 같은 이동 통신 채널의 특성에 따른 손실 및 사용자별 간섭을 최소화하는 것이 필요하다. 특히, 페이딩으로 인해 통신이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위한 방식으로 다이버시티(Diversity) 방식을 사용하며, 이러한 다이버시티 방식들 중 하나인 공간 다이버시티(Space-Diversity) 방식은 다중 안테나, 즉 안테나 어레이를 사용한다.
고속으로 데이터를 전송하기 위해서는, 이동 통신 시스템의 여러 가지 채널 특성 중에서 이동 통신 시스템의 성능에 가장 심각한 영향을 미치는 페이딩을 잘 극복해야 한다. 왜냐하면, 페이딩은 수신 신호의 진폭을 수 dB에서 수십 dB까지 감소시키기 때문이다. 상기에서도 언급했듯이 페이딩을 잘 극복하기 위해서는 여러 가지 다이버시티 기술이 사용된다. 다이버시티 기술의 대표적인 예로서는 코드 분할 다중 접속 방식에서 채널의 지연 및 분산(Delay or Spread)을 이용하여 다이버시티를 수행하는 레이크(Rake) 수신기가 있다. 레이크 수신기는 다중 경로(Multipath) 신호를 수신하는 수신 다이버시티 기술이다. 그러나, 이 다이버시티 기술은 지연 분산이 작을 경우 다이버시티를 하지 못하는 단점이 있다.
다이버시티 기술의 또 다른 예인 인터리빙(Interleaving)과 코딩(Coding)을 이용하는 시간 다이버시티(Time Diversity) 방식은 도플러 스프레드(Doppler Spread) 채널에서 사용된다. 그러나, 이 방식은 저속의 도플러 채널에서 사용하기 어려운 문제점을 갖는다. 지연 분산이 작은 실내 채널과 저속의 도플러 채널인 보행자 채널에서는 페이딩을 극복하기 위해 공간 다이버시티가 사용된다. 공간 다이버시티는 두 개 이상의 안테나들을 사용하는 방식으로서, 한 안테나에 의해 전달된 신호가 페이딩에 의해 감쇄된 경우, 다른 안테나를 이용해 그 신호를 수신하는 방식이다. 공간 다이버시티는 수신 안테나를 이용하는 수신 안테나 다이버시티와 송신 안테나를 이용하는 전송 안테나 다이버시티로 나뉜다. 이동국의 경우 면적과 비 용 측면에서 수신 안테나 다이버시티를 설치하기 힘들기 때문에, 기지국의 전송 안테나 다이버시티 사용이 권장된다.
전송 안테나 다이버시티는 이동국으로부터 다운 링크(downlink) 채널 정보를 기지국이 궤환 받는 폐-루프(Closed Loop) 전송 안테나 다이버시티와 이동국에서 기지국으로의 궤환 받지 않는 개-루프(Open Loop) 전송 안테나 다이버시티가 있다. 전송 안테나 다이버시티는 이동국이 기지국에서 이동국으로 형성되는 하향 채널의 위상과 크기를 측정하여 최적의 가중치를 찾아, 이 정보를 기지국으로 보낸다. 이때 기지국은 이동 채널의 크기와 위상을 측정할 수 있도록 전송 안테나별로 직교 성질을 가지는 파일럿 신호를 보내야 한다. 이동국은 상기의 파일럿 신호들을 수신하여 채널의 위상 및 크기를 측정하고, 측정된 채널 정보로부터 전송 안테나 다이버시티를 위한 최적의 가중치를 찾는다.
한편, 전송 안테나 다이버시티를 위한 기지국의 전송 안테나 수가 증가하면 다이버시티 효과와 신호대 잡음의 비는 계속 향상되지만, 다이버시티 효과가 증가되는 정도/속도는 지속적으로 둔화된다. 그러므로, 많은 비용을 들이면서 조금 개선된 다이버시티 효과를 얻는 것이 반드시 바람직한 방법이라고 할 수 없다. 따라서 다이버시티 효과를 개선시키는 것보다 간섭 신호의 전력을 최소화 시키고 내부 신호의 신호 대 잡음 비를 최대화 시키는 방향으로 기지국에서 사용하는 안테나의 개수를 증가시키는 것이 바람직하다.
다이버시티 효과 뿐만 아니라 간섭 및 잡음에 의해 내부 신호가 받는 영향을 최소화 시키는 빔-포밍(빔-포밍) 효과를 고려한 전송 적응 어레이 안테나 시스템을 다운 링크 빔-포밍 시스템이라 한다. 이 때, 전송 다이버시티와 마찬가지로 궤환 정보를 이용하는 시스템을 폐-루프 다운 링크 빔-포밍 시스템이라 한다. 이동국으로부터 기지국으로 궤환 되는 정보를 이용하는 폐-루프 다운 링크 빔-포밍 시스템은, 궤환 채널의 대역 폭이 충분하게 확보되어 있지 않다면 채널 정보의 변화를 잘 반영하지 못해 통신 성능을 열화 시키는 문제점을 갖는다.
유럽 방식 IMT-2000인 W-CDMA 방식에 표준화된 TxAA 제1 모드 및 제2 모드는 안테나 수와 시공간(Space-Time) 채널의 특성이 변할 때 다음과 같은 문제점들을 갖는다. 먼저, 안테나 수가 증가하면 각 안테나 별로 가중치를 궤환 시켜야 하므로 궤환 시킬 정보를 많이 갖게 되어 이동국의 이동 속도에 따라 통신 성능을 열화 시킨다. 즉, 일반적으로 페이딩 채널에서 이동국의 이동 속도가 빨라지면 시공간 채널의 변화가 심화되므로, 채널 정보의 궤환 속도가 증가해야 한다. 따라서 궤환 속도가 한정되어 있으면, 안테나 수가 증가함에 따라 증가하는 궤환 정보는 통신 성능을 저하시키는 결과를 초래한다. 다음으로, 안테나들간 거리가 충분히 확보되지 않으면 각 안테나의 채널간 상관 값(Correlation)이 증가한다. 이렇게 채널간 상관 값이 증가하면 채널 메트릭스의 정보량이 감소하며, 효율적으로 궤환 방식을 이용하면 안테나 수가 증가되어도 고속 이동체 환경에서 성능 열화가 일어나지 않는다. 하지만 TxAA 제1모드 및 제2 모드는 시공간 채널을 구성하는 두 안테나들의 각 채널이 완전히 독립적이라는 가정 하에 구성되어 있으므로, 안테나 수와 시공간 채널의 특성이 변하는 경우에 효율적으로 이용될 수 없다. 또한, 전술한 두 모드들은 안테나를 2개 보다 많이 사용하는 환경에 적용된 예를 갖지 못하며, 3개 이상 안테 나를 사용한다고 하더라도 우수한 성능을 제공할 수 없다.
상기와 같은 이유 때문에 3개 이상의 안테나를 사용하는 경우에는 빔-포밍 안테나 시스템을 구성한다. 빔-포밍은 각 사용자의 방향 차이를 이용하는 것으로, 각 송수신 안테나의 채널간 상관 관계가 큰 환경에서 적합한 방식이다. 특히, 지멘스(Siemens)의 경우에는 다이버시티와 빔-포밍을 결합한 아이젠(Eigen)-빔-포밍 방식을 3GPP에 제안하고 있다. 이 방식은 빔-포밍을 위한 고유 벡터를 단순히 양자화를 하여, 이를 송신기로 궤환 시키는 방식으로 되어 있어, 궤환 정보가 많다는 단점이 있다. 이처럼 궤환 되는 정보의 양이 많게 되면 궤환 정보가 전송되면서 발생하는 오류와 지연 등에 민감하게 되어 이동 통신 시스템의 성능을 저하시키게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 빔-포밍할 때 필요하며 이동국으로부터 기지국으로 궤환되는 정보의 양을 줄여 통신 성능을 향상시킬 수 있는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치에서 수행되며, 빔-포밍할 때 필요하며 이동국으로부터 기지국으로 궤환되는 정보의 양을 줄여 통신 성능을 향상시킬 수 있는 이동 통신 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 안테나 어레이를 포함하는 기지국 및 이동국을 갖 는 본 발명에 의한 이동 통신 장치는, 상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 안테나별 채널의 하향 특성을 측정하고, 측정된 상기 하향 특성으로부터 물리 공간 정보와 근사 장기 정보를 검출하고, 상기 근사 장기 정보와 상기 하향 특성으로부터 상기 단기 정보를 생성하고, 상기 단기 정보 및 상기 물리 공간 정보를 궤환 신호로 변환하여 상기 기지국으로 전송하는 이동국 및 상기 궤환 신호를 수신하고, 수신한 상기 궤환 신호로부터 복원한 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보로부터 가중 정보를 추출하고, 전용 물리 채널 신호를 상기 가중 정보로 빔 포밍하고, 빔 포밍된 결과에 파일롯트 채널 신호들을 결합하고, 결합된 결과들을 상기 안테나 어레이를 통해 상기 이동국으로 전송하는 기지국으로 구성되고, 상기 물리 공간 정보는 상기 기지국을 기준으로 상기 이동국의 위치에 대한 공간 정보이고, 상기 근사 장기 정보는 상기 안테나별 채널의 상관 특성을 반영한 장기 정보와 가장 가까운 장기 정보에 해당하는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 안테나 어레이를 갖는 기지국 및 이동국을 갖는 이동 통신 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 이동 통신 방법은, 상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 안테나별 채널의 하향 특성을 측정하고, 측정된 상기 하향 특성을 이용하여 물리 공간 정보와 근사 장기 정보를 검출하고, 상기 근사 장기 정보와 상기 하향 특성을 이용하여 상기 단기 정보를 생성하고, 상기 단기 정보 및 상기 물리 공간 정보를 궤환 신호로 변환하여 상기 기지국으로 전송하는 단계 및 상기 궤환 신호를 수신하고, 수신한 상기 궤환 신호로부터 복원한 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보를 이용하여 가중 정보를 추출하고, 전용 물리 채널 신호를 상기 가중 정보로 빔 포밍하고, 빔 포밍된 결과에 파일롯트 채널 신호들을 결합하고, 결합된 결과들을 상기 안테나 어레이를 통해 상기 이동국으로 전송하는 기지국으로 구성되고, 상기 물리 공간 정보는 상기 기지국을 기준으로 상기 이동국의 위치에 대한 공간 정보이고, 상기 근사 장기 정보는 상기 안테나별 채널의 상관 특성을 반영한 장기 정보와 가장 가까운 장기 정보에 해당하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치의 실시예의 구성 및 동작과, 이를 위한 본 발명에 의한 이동 통신 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치의 개략적인 블럭도로서, 기지국(10), 제1, 제2, ... 및 제K(여기서, K는 1이상의 양의 정수) 이동국들(20, 22, ... 및 24)로 구성된다.
도 2는 도 1에 도시된 이동 통신 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 이동 통신 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트로서, 궤환 신호를 구하는 단계(제30 단계) 및 궤환 신호로부터 가중 정보를 추출하는 단계(제32 단계)로 이루어진다.
도 1에 도시된 제1, 제2, ... 및 제K 이동국들(20, 22, ... 및 24)중 하나인 제k(1≤k≤K) 이동국은 기지국(10)으로부터 전송된 신호로부터 기지국(10)에 포함된 안테나 어레이의 각 안테나별 채널의 하향(Downlink) 특성(H DL)(이하, 굵은 글씨체로 표시된 것은 벡터를 표시하고, 굵은 글씨체로 표시되지 않는 것은 스칼라를 표시한다.)을 측정하고, 측정된 하향 특성(H DL)으로부터 물리 공간 정보와 근사 장기 정보를 검출하고, 근사 장기 정보와 하향 특성(H DL)으로부터 단기 정보(Short-term)를 생성하고, 단기 정보 및 물리 공간 정보를 궤환 신호로 변환하여 기지국(10)으로 전송한다(제30 단계). 여기서, H DL은 행렬을 나타내며 H DL 의 열의 성분들은 공간에 의해 구해지고, 행의 성분들은 시간에 대해 구해진다. 물리 공간 정보란 기지국(10)을 기준으로 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)의 위치에 대한 공간 정보를 의미하며, 예를 들면, 도착각(DOA:Direction Of Arrival)과 각 퍼짐(AS:Angle Spread)이 될 수 있다. 또한, 근사 장기 정보란 안테나별 채널의 상관 특성을 반영한 장기 정보(Long-term)와 가장 가까운 장기 정보를 의미한다.
이하, 제30 단계 및 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)에 대한 본 발명에 의한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 제30 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(30A)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 채널의 하향 특성(H DL)을 측정하는 단계(제40 단계), 측정된 채널의 하향 특성(H DL)으로부터 물리 공간 정보, 근사 장기 정보 및 채널의 단기 정보들을 결정하는 단계(제42 ∼ 제46 단계들) 및 결정된 물리 공간 정보와 단기 정보를 궤환 신호로 변환하는 단계(제48 단계)로 이루어진다.
도 4는 도 1에 도시된 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)의 본 발명에 의한 실시예의 블럭도로서, 안테나(60), 채널 특성 측정부(62), 장기 정보 결정부(64), 장기 공간 정보 생성부(66), 단기 정보 결정부(68) 및 이동국 신호 변환부(70)로 구성된다.
도 4에 도시된 채널 특성 측정부(62)는 기지국(10)으로부터 전송된 신호를 안테나(60)를 통해 수신하고, 수신된 신호로부터 안테나별 채널의 하향 특성(H DL)을 측정하며, 측정된 채널의 하향 특성(H DL)을 단기 정보 결정부(68)로 출력하는 한편, 장기 정보 결정부(64) 또는 장기 공간 정보 생성부(66)로도 출력한다(제40 단계). 여기에서, 채널의 하향 특성(H DL)이란, 기지국(10)에서 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로 전송되는 채널의 위상과 크기를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제40 단계후에, 장기 정보 결정부(64)는 채널 특성 측정부(62)에서 시공간(Time-Space)적으로 측정된 채널의 하향 특성(H DL)으로부터 고유의 빔을 의미하는 고유 벡터들( v 1, ..., v ant)[여기서, ant는 기지국(10)에 포함된 어레이 안테나의 수 의미한다.]을 고유 분석법을 통해 생성하고, 생성된 고유 벡터들중에서 사용 가능한 즉, 유효한 고유 벡터들을 선택하며, 선택된 유효한 고유 벡터들(v 1, ... 및 v Nbeam ))(여기서, Nbeam은 유효한 고유 벡터의 수를 의미한다.)을 장기 정보로서 결정하고, 결정된 장기 정보를 장기 공간 정보 생성부(66)로 출력한다(제42 단계). 여기서, 고유 분석법은 "Matrix Computation"이라는 제목으로 'G. Golub'와 'C. Van. Loan'에 의해 저술되고 런던에 위치한 존스 홉킨스 대학(Johns Hopkins University) 출판사에서 1996년에 출간된 책에 개시되어 있다. 제42 단계후에, 장기 공간 정보 생성부(66)는 장기 정보 결정부(64)로부터 입력한 장기 정보(v 1, ... 및 v Nbeam )로부터 물리 공간 정보를 검출하고 근사 장기 정보를 생성하며, 검출된 물리 공간 정보를 이동국 신호 변환부(70)로 출력하는 한편, 생성된 근사 장기 정보를 단기 정보 생성부(68)로 출력한다(제44 단계).
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 3에 도시된 제30A 단계는 제42 단계를 마련하지 않을 수 있고, 도 4에 도시된 이동국은 장기 정보 결정부(64)를 마련하지 않을 수 있다. 이 경우, 제40 단계후에, 장기 공간 정보 생성부(66)는 채널 특성 측정부(62)로부터 입력한 하향 특성(H DL)을 이용하여 물리 공간 정보를 검출하고, 근사 장기 정보를 생성한다(제44 단계).
이하, 제30A 단계가 도 3에 도시된 바와 같이 제42 단계를 마련하고, 이동국이 도 4에 도시된 바와 같이 장기 정보 결정부(64)를 마련할 경우, 제44 단계 및 장기 공간 정보 생성부(66)의 본 발명에 의한 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
도 5는 도 3에 도시된 제44 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(44A)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 물리 공간 정보를 검출하고, 근사 장기 정보를 생성하는 단계(제80 및 제82 단계들)로 이루어진다.
도 6은 도 4에 도시된 장기 공간 정보 생성부(66)의 본 발명에 의한 바람직 한 일 실시예(66A)의 블럭도로서, 어드레스 생성부(84) 및 제1 룩 업 테이블(LUT:Look Up Table)(86)로 구성된다.
제42 단계후에, 도 6에 도시된 어드레스 생성부(84)는 입력단자 IN1을 통해 장기 정보 결정부(64)로부터 입력한 장기 정보(v 1, ... 및 v Nbeam)와 가장 가까운 근사 장기 정보를 검출하고 검출된 근사 장기 정보를 출력단자 OUT1을 통해 단기 정보 생성부(68)로 출력하는 한편, 근사 장기 정보에 해당하는 어드레스를 생성하여 제1 LUT(86)로 출력한다(제80 단계). 제80 단계후에, 제1 룩 업 테이블(86)은 어드레스 생성부(84)로부터 입력한 어드레스에 저장된 물리 공간 정보를 출력단자 OUT2를 통해 이동국 신호 변환부(70)로 출력한다(제82 단계).
도 7은 도 6에 도시된 제1 룩 업 테이블(86)의 본 발명에 의한 일 실시예를 나타내는 테이블로서, 도달각(DOA), 각퍼짐(AS:Angle Spread), 소정의 유효한 고유 벡터들 및 어드레스[또는, 인덱스(index)]로 구성된다.
도 7에 도시된 제1 룩 업 테이블(86)은, 도달각(DOA)(θ)의 최소 단위와 각 퍼짐(AS)(φ)이 발생할 수 있는 가능성을 제한할 경우, 총 60여 개의 소정의 유효한 고유 벡터들(Eigenvectors)에 대해 다음 수학식 1과 같이 생성된다.
Figure 112003005197223-pat00001
여기서, EVDeff는 고유값 분석(Eigen value decomposition) 결과 중 유효한 고유 벡터와 고유 값을 찾는 함수를 나타내고, λ i 는 고유 값을 나타내고, v j는 고 유 벡터를 나타내고, R(,)는 다음 수학식 2와 같이 도착각(θ)과 각퍼짐(θ)으로 생성된 채널 상관 메트릭스이다.
Figure 112003005197223-pat00002
여기서, 방향 벡터 a(θ) = [1 exp(jΨ) exp(j2Ψ) ... exp(j(B-1)Ψ)], Ψ= πsin(θ)로 정의된다.
도 7에 도시된 바와 같은 제1 룩 업 테이블(86)로부터 물리 공간 정보가 독출될 경우, 이동국 신호 변환부(70)는 6비트의 궤환 신호로서 제1 룩 업 테이블(86)로부터 독출되는 물리 공간 정보상의 모든 고유 벡터들을 나타낼 수 있다.
만일, DOA(-80°<θ<80°)를 10° 단위[즉, 해상도(Resolution) 10°단위]로 양자화 하고 각퍼짐(AS)(φ)을 0°, 5°, 10°, 20°로 표시한다면, 1개의 고유 벡터를 궤환하는 데 필요한 정보는 총 8비트가 되고, 2개의 고유 벡터들을 궤환하는데 필요한 정보는 총 16비트면 충분하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 룩 업 테이블(86)이 구현될 경우, 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)에서 기지국(10)으로 궤환되는 정보의 량은 지멘스(Siemens)가 제안한 54비트 장기 정보의 30%밖에 되지 않는다.
도 8은 도 5에 도시된 제80 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(80A)를 설명하는 플로우차트로서, 벡터간 거리를 구하는 단계(제90 단계) 및 어드레스와 근사 장기 정보를 구하는 단계(제92 단계)로 이루어진다.
도 9는 도 6에 도시된 어드레스 생성부(84)의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(84A)의 블럭도로서, 거리 계산부(100) 및 최대값 검색부(102)로 구성된다.
제42 단계후에, 거리 계산부(100)는 도 4에 도시된 장기 정보 결정부(64)에서 결정된 장기 정보인 적어도 하나의 유효한 고유 벡터(v 1 v 2 ... v x)(여기서, x는 전술한 Nbeam에 해당하며, 1 이상의 양의 정수) 각각과 소정의 유효한 고유 벡터들(v 1' v 2' ... v y')간의 차들에 놈(norm)을 구하고, 놈들 각각에 제곱을 취하며, 제곱을 취한 결과들을 벡터간 거리들로서 결정한다(제90 단계).
제90 단계후에, 최대값 검색부(102)는 결정된 장기 정보인 유효한 고유 벡터 각각에 대해서, 거리 계산부(100)로부터 입력한 벡터간 거리들중 가장 큰 값의 순번을 어드레스로서 결정하여 출력단자 OUT3을 통해 제1 룩 업 테이블(86)로 출력하고, 가장 큰 값에 해당하는 소정의 유효한 고유 벡터를 결정된 유효한 고유 벡터에 근사한 근사 장기 정보로서 결정하여 출력단자 OUT4를 통해 단기 정보 생성부(68)로 출력한다(제92 단계).
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해, x=2라고 가정하면서 도 9에 도시된 어드레스 생성부(84A)의 구성 및 동작을 다음과 같이 살펴본다.
도 10은 도 9에 도시된 어드레스 생성부(84A)의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 블럭도로서, 거리 계산부(100A) 및 최대값 검색부(102A)로 구성된다.
제90 단계를 수행하기 위해, 거리 계산부(100A)는 제1 ∼ 제y 감산기들(110, 112, ... 및 114)과 제y+1 ∼ 제2y 감산기들(116, 118, ... 및 120), 제1 ∼ 제2y 연산부들(122, 124, ... 및 126, 128, 130, ... 및 132)로 구성된다.
도 10에 도시된 제1 ∼ 제y 감산기들(110, 112, ... 및 114)은 소정의 유효한 고유 벡터들(v 1' v 2' ... v y') 각각으로부터 장기 정보 결정부(64)로부터 입력한 유효한 고유 벡터(v 1)를 감산하고, 감산된 결과들을 제1 ∼ 제y 연산부들(122, 124, ... 및 126)로 출력한다. 이 때, 제1 ∼ 제y 연산부들(122, 124, ... 및 126)은 제1 ∼ 제y 감산기들(110, 112, ... 및 114)로부터 각각 입력한 감산된 결과들에 놈들을 구하여 제곱하며, 제곱한 결과들을 벡터간 거리들로서 제1 최대값 검색기(134)로 출력한다. 여기서, ∥ ∥은 놈을 나타낸다. 이와 비슷하게, 제y+1 ∼ 제2y 감산기들(116, 118, ... 및 120)은 소정의 유효한 고유 벡터들(v 1' v 2' ... v y') 각각으로부터 장기 정보 결정부(64)로부터 입력한 유효한 고유 벡터(v 2 )를 감산하고, 감산된 결과들을 제y+1 ∼ 제2y 연산부들(128, 130, ... 및 132)로 출력한다. 이 때, 제y+1 ∼ 제2y 연산부들(128, 130, ... 및 132)은 제y+1 ∼ 제2y 감산기들(116, 118, ... 및 120)로부터 각각 입력한 감산된 결과들에 놈들을 구하여 제곱하고, 제곱한 결과들을 벡터간 거리들로서 제2 최대값 검색기(136)로 출력한다.
제92 단계를 수행하기 위해, 최대값 검색부(102A)는 제1 최대값 검색기(134) 및 제2 최대값 검색기(136)로 구성된다. 여기서, 제1 최대값 검색기(134)는 결정된 장기 정보인 유효한 고유 벡터(v 1)에 대해서, 제1 ∼ 제y 연산부들(122, 124, ... 및 126)로부터 입력한 벡터간 거리들중에서 가장 큰 값을 검색하고, 가장 큰 값의 순번을 어드레스로서 결정하여 출력단자 OUT5를 통해 출력한다. 또한, 제1 최대값 검색기(134)는 가장 큰 벡터간 거리를 구할 때 사용된 소정의 유효한 고유 벡터를 결정된 장기 정보에 대한 근사 장기 정보로서 출력단자 OUT6을 통해 단기 정보 생성부(68)로 출력한다. 예를 들어, 제1 ∼ 제y 연산부들(122, 124, ... 및 126)중에서 두 번째의 연산부인 즉, 순번 2인 제2 연산부(124)로부터 출력되는 벡터간 거리가 벡터간 거리들중 가장 클 경우, 순번 2를 어드레스로서 결정하여 출력단자 OUT5를 통해 제1 룩 업 테이블(86)로 출력한다. 이 때, 소정의 유효한 고유 벡터들(v 1' v 2' ... v y')중에서 제2 연산부(124)로부터 출력되는 벡터간 거리가 계산될 때 이용된 소정의 유효한 고유 벡터(v 2')가 장기 정보(v 1)에 대한 근사 장기 정보로서 출력단자 OUT6을 통해 출력된다.
이와 비슷하게, 제2 최대값 검색기(136)는 결정된 장기 정보인 유효한 고유 벡터(v 2)에 대해서, 제y+1 ∼ 제2y 연산부들(128, 130, ... 및 132)로부터 입력한 벡터간 거리들중에서 가장 큰 값을 검색하고, 가장 큰 값의 순번을 어드레스로서 결정하여 출력단자 OUT7을 통해 출력한다. 또한, 제2 최대값 검색기(136)는 가장 큰 벡터간 거리를 구할 때 사용된 소정의 유효한 고유 벡터를 결정된 장기 정보에 대한 근사 장기 정보로서 출력단자 OUT8을 통해 단기 정보 생성부(68)로 출력한다. 예를 들어, 제y+1 ∼ 제2y 연산부들(128, 130, ... 및 132)중에서 y 번째의 연산부인 즉, 순번 y인 제2y 연산부(132)로부터 출력되는 벡터간 거리가 제y+1 ∼ 제2y 연산부들(128, 130, ... 및 132)로부터 출력되는 벡터간 거리들중 가장 클 경우, 순번 y를 어드레스로서 결정하여 출력단자 OUT7을 통해 제1 룩 업 테이블(86)로 출력한다. 이 때, 소정의 유효한 고유 벡터들(v 1' v 2' ... v y')중에서 제2y 연산부(132)로부터 출력되는 벡터간 거리가 계산될 때 이용된 소정의 유효한 고유 벡터(v y')가 결정된 장기 정보(v 2)에 대한 근사 장기 정보로서 출력단자 OUT8을 통해 단기 정보 생성부(68)로 출력된다.
한편, 제44 단계후에, 단기 정보 생성부(68)는 채널 특성 측정부(62)로부터 입력한 하향 특성(H DL)과 장기 공간 정보 생성부(66)로부터 입력한 근사 장기 정보를 이용하여 단기 정보를 생성하고, 생성된 단기 정보를 이동국 신호 변환부(70)로 출력한다(제46 단계).
이하, 제46 단계 및 단기 정보 생성부(68)의 본 발명에 의한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 11은 도 3에 도시된 제46 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(46A)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 결정한 가중치 벡터들을 이용하여 수신 전력들을 구하는 단계(제140 및 제142 단계들) 및 수신 전력들중 최대의 전력을 이용하여 단기 정보를 결정하는 단계(제144 단계)로 이루어진다.
도 12는 도 4에 도시된 단기 정보 생성부(68)의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(68A)의 블럭도로서, 베이시스 벡터 조합부(150), 수신 전력 계산부(152) 및 최대 전력 발견부(154)로 구성된다.
제44 단계후에, 베이시스 벡터 조합부(150)는 입력단자 IN3을 통해 입력한 소정의 모든 가중 상수들(a1 a2 ... aNB)(여기서, NB는 유효한 고유 벡터의 수로서, 전술한 Nbeam과 동일하다.)과 입력단자 IN4를 통해 장기 공간 정보 생성부(66)로부터 입력한 근사 장기 정보를 조합하고, 조합된 결과들을 가중치 벡터들(w o, w 1, ... 및 w B'-1)(여기서, B'는 소정의 단기 정보의 개수를 의미한다.)로서 수신 전력 계산부(152)로 출력한다(제140 단계).
제140 단계후에, 수신 전력 계산부(152)는 베이시스 벡터 조합부(150)로부터 입력한 가중치 벡터들(w o, w 1, ... 및 w B'-1) 각각과 채널 특성 측정부(62)로부터 입력한 하향 특성(H DL)을 승산하고, 승산된 결과들에 놈의 제곱을 취한 결과들인 수신 전력들을 최대 전력 발견부(154)로 출력한다(제142 단계).
이를 위해, 수신 전력 계산부(152)는 제2y+1 ∼ 제2y+B' 연산부들(160, 162, ... 및 164)로 구성된다. 여기서, 제2y+1 ∼ 제2y+B' 연산부들(160, 162, ... 및 164)은 하향 특성(H DL)과 가중치 벡터들(w o, w 1, ... 및 w B'-1)을 각각 승산하고, 승산된 결과들에 놈을 취하며, 놈을 취한 결과들을 제곱하여, 제곱한 결과들을 수신 전력들로서 최대 전력 발견부(154)로 출력한다.
제142 단계후에, 최대 전력 발견부(154)는 수신 전력 계산부(152)로부터 입력한 수신 전력들중 가장 큰 수신 전력을 최대 수신 전력으로서 찾고, 최대 수신 전력을 계산할 때 사용된 가중 벡터를 구할 때 사용된 계수들이 위치한 인덱스를 단기 정보로서 결정하고, 결정된 단기 정보(b)를 이동국 신호 변환부(70)로 출력한다(제144 단계).
한편, 제46 단계후에, 이동국 신호 변환부(70)는 단기 정보 결정부(68)에서 생성된 단기 정보와 장기 공간 정보 생성부(66)에서 검출된 물리 공간 정보를 궤환 신호로 변환한다(제48 단계). 이 때, 변환된 궤환 신호는 안테나(60)를 통해 기지국(10)으로 전송된다. 이를 위해, 이동국 신호 변환부(70)는 물리 공간 정보 포맷부(72), 이동국 단기 정보 포맷부(74) 및 시분할 다중화부(76)로 구성된다. 여기서, 물리 공간 정보 포맷부(72)는 장기 공간 정보 생성부(66)로부터 입력한 물리 공간 정보를 궤환할 수 있는 형태 즉, 기지국(10)으로 전송하기에 적당한 형태로 포맷하고, 포맷한 결과를 시분할 다중화부(76)로 출력한다. 이 때, 이동국 단기 정보 포맷부(74)는 단기 정보 생성부(68)로부터 입력한 단기 정보를 포맷하고, 포맷한 결과를 시분할 다중화부(76)로 출력한다. 시분할 다중화부(76)는 물리 공간 정보 포맷부(72)로부터 입력한 포맷된 결과와 이동국 단기 정보 포맷부(74)로부터 입력한 포맷한 결과를 시분할 다중화하고, 시분할 다중화한 결과를 궤환 신호로서 안테나(60)로 출력한다.
본 발명에 의하면, 물리 공간 정보 포맷부(72)로부터 입력한 포맷된 결과를 다중화하는 빈도수보다 이동국 단기 정보 포맷부(74)로부터 입력한 포맷한 결과를 다중화하는 빈도수가 더 크다.
한편, 제30 단계후에, 기지국(10)은 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로부터 전송된 궤환 신호를 수신하고, 수신한 궤환 신호로부터 복원한 단기 정보와 물 리 공간 정보로부터 가중 정보를 추출하고, 전용 물리 채널 신호를 가중 정보로 빔 포밍하고, 빔 포밍된 결과에 파일롯트 채널 신호(PIlot Channel)들(CPICH1, CPICH2 , CPICH3, ... 및 CPICHant)을 결합하며, 결합된 결과들을 안테나 어레이를 통해 이동국으로 전송한다(제32 단계).
이하, 제32 단계 및 기지국(10)의 본 발명에 의한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 13은 도 2에 도시된 제32 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(32A)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 가중 정보를 생성하는 단계(제200 단계) 및 가중 정보를 이용하여 구한 빔 포밍된 결과를 파일롯트 채널 신호들과 가산하는 단계(제202 및 제204 단계들)로 이루어진다.
도 14는 도 1에 도시된 기지국(10)의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예(10A)의 블럭도로서, 제1 승산부(220), 제1 가산부(222), 안테나 어레이(224) 및 가중 정보 생성부(226)로 구성된다.
제30 단계후에, 가중 정보 생성부(226)는 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로부터 전송된 궤환 신호를 수신하고, 수신된 궤환 신호로부터 단기 정보와 물리 공간 정보를 복원하고, 복원한 물리 공간 정보를 근사 장기 정보로 변환하며, 변환된 근사 장기 정보와 복원된 단기 정보를 조합하여 가중 정보를 생성한다(제200 단계).
도 14에 도시된 안테나 어레이(224)는 ant개의 안테나들(248, 250, 252, ... 및 254)로 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 각 안테나(248, 250, 252, ... 또는 254)는 도 1에 도시된 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로부터 전송된 궤환 신호를 수신하고, 수신된 궤환 신호를 가중 정보 생성부(226)로 출력하는 역할을 한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 가중 정보 생성부(226)는 도 14에 도시된 안테나 어레이(224)를 통해 궤환 신호를 수신하지 않고, 도 14에 도시된 안테나 어레이(224) 이외에 별도의 수신용 안테나들(미도시)을 통해 궤환 신호를 수신할 수도 있다.
이하, 도 13에 도시된 제200 단계 및 도 14에 도시된 가중 정보 생성부(226)의 본 발명에 의한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 15는 도 13에 도시된 제200 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 실시예(200A)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 물리 공간 정보와 궤환 신호를 복원하는 단계(제260 단계) 및 근사 장기 정보를 구하여 단기 정보와 조합하는 단계(제262 및 제264 단계들)로 이루어진다.
도 16은 도 14에 도시된 가중 정보 생성부(226)의 본 발명에 의한 바람직한 실시예(226A)의 블럭도로서, 정보 복원부(280), 정보 변환부(282) 및 정보 조합부(284)로 구성된다.
제30 단계후에, 정보 복원부(280)는 입력단자 IN5를 통해 입력한 궤환 신호로부터 단기 정보와 물리 공간 정보를 복원하고, 복원된 단기 정보를 정보 조합부(284)로 출력하고, 복원된 물리 공간 정보를 정보 변환부(282)로 출력한다(제260 단계).
제260 단계후에, 정보 변환부(282)는 정보 복원부(280)로부터 입력한 복원된 물리 공간 정보를 근사 장기 정보로 변환하고, 변환된 근사 정기 정보를 정보 조합부(284)로 출력한다(제262 단계). 이를 위해, 정보 변환부(282)는 제2 룩 업 테이블(286)로 구현될 수 있다. 여기서, 제2 룩 업 테이블(286)은 정보 복원부(280)로부터 입력한 복원된 물리 공간 정보에 응답하여 어드레싱되어 해당하는 근사 장기 정보를 정보 조합부(284)로 독출한다. 이 때, 제2 룩 업 테이블(286)의 출/입력은 제1 룩 업 테이블(86)의 입/출력에 해당한다. 이를 위해, 이동 통신 장치는 사전에 제1 및 제2 룩 업 테이블들(86 및 286)을 전술한 수학식들 1 및 2를 이용하여 생성한다. 즉, 제2 룩 업 테이블(286)은 정보 복원부(280)에서 복원된 물리 공간 정보를 어드레스로하여 해당하는 근사 장기 정보를 독출한다.
제262 단계후에, 정보 조합부(284)는 정보 변환부(282)로부터 입력한 변환된 근사 장기 정보와 정보 복원부(280)로부터 입력한 복원된 단기 정보를 조합하고, 조합한 결과를 가중 정보로서 출력단자 OUT9를 통해 제1 승산부(220)로 출력한다(제264 단계).
이하, 도 15에 도시된 제264 단계 및 도 16에 도시된 정보 조합부(284)의 본 발명에 의한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 17은 도 15에 도시된 제264 단계에 대한 본 발명에 의한 바람직한 실시예(264A)를 설명하기 위한 플로우차트로서, 근사하는 유효한 고유 벡터들과 소정 가중 상수들을 승산하는 단계(제300 단계) 및 승산된 결과들을 가산하는 단계(제302 단계)로 이루어진다.
도 18은 도 16에 도시된 정보 조합부(284)의 본 발명에 의한 바람직한 실시예(284A)의 블럭도로서, 제2 승산부(310) 및 제2 가산부(312)로 구성된다.
제262 단계후에, 제2 승산부(310)는 정보 변환부(282)로부터 입력한 변환된 근사 장기 정보에 해당하는 근사하는 유효한 고유 벡터들(
Figure 112003005197223-pat00003
,
Figure 112003005197223-pat00004
, ... 및
Figure 112003005197223-pat00005
)과 정보 복원부(280)로부터 입력한 복원된 단기 정보에 해당하는 복원된 소정 가중 상수들(
Figure 112003005197223-pat00006
,
Figure 112003005197223-pat00007
, ... 및
Figure 112003005197223-pat00008
)을 승산하고, 승산된 결과들을 제2 가산부(312)로 출력한다(제300 단계). 여기서, 소정 가중 상수들(
Figure 112003005197223-pat00009
,
Figure 112003005197223-pat00010
, ... 및
Figure 112003005197223-pat00011
)은 소정의 모든 가중 상수들(a1 a2 ... aNB)을 복원할 결과이다. 제300 단계를 수행하기 위해, 제2 승산부(310)는 NB개의 곱셈기들(320, 322, ... 및 324)로 구현될 수 있다. 이 때, NB개의 곱셈기들(320, 322, ... 및 324)은 근사하는 유효한 고유 벡터들(
Figure 112003005197223-pat00012
,
Figure 112003005197223-pat00013
, ... 및
Figure 112003005197223-pat00014
)과 소정 가중 상수들(
Figure 112003005197223-pat00015
,
Figure 112003005197223-pat00016
, ... 및
Figure 112003005197223-pat00017
)을 각각 승산하는 역할을 한다.
제300 단계후에, 제2 가산부(312)는 제2 승산부(310)에서 승산된 결과들을 서로 가산하고, 가산된 결과를 가중 정보로서 결정하여 출력단자 OUT10을 통해 제1 승산부(220)로 출력한다(제302 단계).
한편, 제200 단계후에, 제1 승산부(220)는 전용 물리 채널 신호(DPCH:Dedicated Physical CHannel)를 가중 정보 생성부(226)로부터 입력한 가 중 정보와 승산하고, 승산된 결과들을 빔 포밍된 결과들로서 제1 가산부(222)로 출력한다(제202 단계). 이를 위해, 제1 승산부(220)는 ant개의 곱셈기들(230, 232, 234, ... 및 236)로 구성된다. 이 때, 곱셈기들(230, 232, 234, ... 및 236)은 가중 정보 생성부(226)로부터 입력한 가중 정보에 포함된 가중치들(w1, w2, w 3, ... 및 want)과 전용 물리 채널 신호(DPCH)를 승산하는 역할을 한다.
제202 단계후에, 제1 가산부(222)는 제1 승산부(220)로부터 입력한 빔 포밍된 결과들에 파일롯트 채널 신호들을 결합 즉, 가산하고, 가산된 결과들을 안테나 어레이(224)로 출력한다(제204 단계). 이를 위해, 이를 위해, 제1 가산부(222)는 ant개의 덧셈기들(240, 242, 244, ... 및 246)로 구현될 수 있다. 이 때, 덧셈기들(240, 242, 244, ... 및 246)은 ant개의 곱셈기들(230, 232, 234, ... 및 236)로부터 입력한 승산된 결과들과 파일롯트 채널 신호들을 가산하는 역할을 한다. 여기서, 파일롯트 채널 신호[Pi(k)](1≤i≤ant)는 도 14에 도시된 바와 같이 공통 파일롯트 채널 신호(CPICH:Common PIlot CHannel) 신호가 될 수도 있고, 도 14에 도시된 바와 달리 전용 파일롯트 채널(DCPICH:Dedicate CPICH)신호 또는 2차 공통 파일롯트 채널(SCPICH:Secondary CPICH) 신호가 될 수도 있다. 예를 들어, 파일롯트 채널 신호[Pi(k)]가 CPICH인 경우, Pi(k)는 CPICHi에 해당한다.
이 때, 안테나 어레이(224)의 각 안테나(248, 250, 252, ... 또는 254)는 제1 가산부(222)에서 해당하는 덧셈기(240, 242, 244, ... 또는 246)에서 가산된 결과를 도 1에 도시된 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로 전송한다.
이 때, 전술한 바와 같이, 안테나 어레이(224)의 각 안테나(248, 250, 252, ... 또는 254)는 덧셈기(240, 242, 244, ... 또는 246)에서 가산된 결과를 전송하는 신호 송신의 역할과 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로부터 전송된 궤환 신호를 수신하는 신호 수신의 역할을 모두 수행할 수 있다.
또는, 안테나 어레이(224)의 각 안테나(248, 250, 252, ... 또는 254)는 덧셈기(240, 242, 244, ... 또는 246)에서 가산된 결과를 전송하는 신호 송신의 역할만을 수행할 수 있다. 이 경우, 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로부터 전송된 궤환 신호를 수신하는 신호 수신의 역할을 하는 별도의 안테나들이 기지국에 마련될 수 있다.
결국, 전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 이동 통신 장치 및 방법은 제k 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로부터 기지국(10)으로 장기 정보를 궤환시키는 대신에 물리 공간 정보를 궤환시키기 때문에, 궤환되는 정보의 량을 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치 및 방법은, 다중의 전송 안테나들에 의해 발생하는 채널의 하향 특성을 나타내는 정보 중에서 장기 정보를 나타내는 고유 벡터를 직접 양자화하여 이동국으로부터 기지국으로 궤환시켜 전송하기 때문에 이동국으로부터 기지국으로 궤환시켜야할 정보량을 증가시키고 정보를 궤환시키는 시간을 증가시키므로, 채널이 변하는 속도가 장기 정보의 갱신(Update)되는 속도 보다 빠를 경우 이동 통신 성능의 저하를 발생시키고, 이동국으로부터 기지국으로 형성되는 역방향 채널에서의 부하 를 증가시켜 실제로 역방향 채널을 통해 전송할 데이터의 양을 감소시키는 종래의 이동 통신 장치 및 방법과 달리, 장기 정보에 대신에 물리 공간 정보를 이동국(20, 22, ... 또는 24)으로부터 기지국(10)으로 궤환시키기 때문에 궤환시켜야 하는 정보의 양을 50%이상으로 효과적으로 줄여 장기 정보의 갱신(Update) 속도를 높일 수 있고, 고속의 이동체가 겪게 되는 빠른 채널 변화에 적응할 수 있고, 즉, 속도에 따른 채널의 변화에 더욱 빠르고 유연하게 적응할 수 있고, 궤환되는 정보의 량이 감소하기 때문에 역방향 채널에서 데이터 전송에 사용할 수 있는 채널의 용량을 증가시키고, 안테나 어레이를 포함하는 종래의 이동 통신 장치 및 방법과 같이 이동국에서 요구되는 수신 신호 대 잡음의 비를 현저하게 낮출 수 있다. 그러므로, 본 발명에 의한 이동 통신 장치 및 방법은 빔-포밍에 의한 이득을 유지하면서도 궤환시켜야 하는 정보의 량이 많음으로 인해 야기되는 통신 성능의 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (23)

  1. 안테나 어레이를 포함하는 기지국 및 이동국을 갖는 이동 통신 장치에 있어서,
    상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 안테나별 채널의 하향 특성을 측정하고, 측정된 상기 하향 특성으로부터 물리 공간 정보와 근사 장기 정보를 검출하고, 상기 근사 장기 정보와 상기 하향 특성으로부터 상기 단기 정보를 생성하고, 상기 단기 정보 및 상기 물리 공간 정보를 궤환 신호로 변환하여 상기 기지국 으로 전송하는 이동국; 및
    상기 궤환 신호를 수신하고, 수신한 상기 궤환 신호로부터 복원한 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보로부터 가중 정보를 추출하고, 전용 물리 채널 신호를 상기 가중 정보로 빔 포밍하고, 빔 포밍된 결과에 파일롯트 채널 신호들을 결합하고, 결합된 결과들을 상기 안테나 어레이를 통해 상기 이동국으로 전송하는 기지국을 구비하고,
    상기 물리 공간 정보는 상기 기지국을 기준으로 상기 이동국의 위치에 대한 공간 정보이고, 상기 근사 장기 정보는 상기 안테나별 채널의 상관 특성을 반영한 장기 정보와 가장 가까운 장기 정보에 해당하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 이동국은
    상기 기지국으로부터 전송된 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호로부터 상기 하향 특성을 측정하고, 측정된 상기 하향 특성을 출력하는 채널 특성 측정부;
    상기 하향 특성으로부터 상기 근사 장기 정보와 상기 물리 공간 정보를 생성하는 장기 공간 정보 생성부;
    상기 하향 특성과 상기 근사 장기 정보로부터 상기 단기 정보를 생성하는 단기 정보 생성부; 및
    결정된 상기 단기 정보 및 상기 물리 공간 정보를 상기 궤환 신호로 변환하는 이동국 신호 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 이동국은
    측정된 상기 하향 특성으로부터 고유 벡터들을 생성하고, 상기 고유 벡터들중에서 유효한 고유 벡터들을 선택하며, 선택된 상기 유효한 고유 벡터들을 상기 장기 정보를 결정하고, 결정된 상기 장기 정보를 출력하는 장기 정보 결정부를 더 구비하고,
    상기 장기 공간 정보 생성부는 상기 장기 정보로부터 상기 물리 공간 정보를 검출하고 상기 근사 장기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 장기 공간 정보 생성부는
    상기 장기 정보에 해당하는 상기 근사 장기 정보를 검출하고, 상기 근사 장기 정보에 해당하는 어드레스를 생성하는 어드레스 생성부; 및
    상기 어드레스에 응답하여 해당하는 상기 물리 공간 정보를 독출하는 제1 룩 업 테이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 어드레스 생성부는
    적어도 하나의 상기 유효한 고유 벡터 각각과 소정의 유효한 고유 벡터들간 의 차들에 놈을 구하고, 상기 놈에 제곱을 취하여 벡터간 거리로서 출력하는 거리 계산부; 및
    상기 유효한 고유 벡터 각각에 대해서, 상기 벡터간 거리중 가장 큰 값의 순번을 상기 어드레스로서 상기 룩 업 테이블로 출력하고, 상기 가장 큰 값에 해당하는 소정의 유효한 고유 벡터를 상기 근사 장기 정보로서 출력하는 최대값 검색부를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 단기 정보 생성부는
    소정의 모든 가중 상수들과 상기 장기 공간 정보 생성부로부터 입력한 상기 근사 장기 정보를 조합하고, 조합된 결과들을 가중치 벡터들로서 출력하는 베이시스 벡터 조합부;
    상기 베이시스 벡터 조합부로부터 입력한 상기 가중치 벡터들 각각과 상기 채널 특성 측정부로부터 입력한 상기 하향 특성을 승산하고, 승산된 결과에 놈의 제곱을 취한 결과인 수신 전력을 출력하는 수신 전력 계산부; 및
    상기 수신 전력 계산부로부터 입력한 상기 수신 전력들중 가장 큰 수신 전력을 최대 수신 전력으로서 찾고, 상기 최대 수신 전력을 계산할 때 사용된 가중치를 구할 때 사용된 계수들이 위치한 인덱스를 상기 단기 정보로서 결정하는 최대 전력 발견부를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  7. 제2 항에 있어서, 상기 이동국 신호 변환부는
    상기 장기 공간 정보 생성부로부터 입력한 상기 물리 공간 정보를 궤환할 수 있는 형태로 포맷하고, 포맷한 결과를 출력하는 물리 공간 정보 포맷부;
    상기 단기 정보 생성부로부터 입력한 상기 단기 정보를 포맷하고, 포맷한 결과를 출력하는 이동국 단기 정보 포맷부; 및
    상기 물리 공간 정보 포맷부로부터 입력한 포맷된 결과와 상기 이동국 단기 정보 포맷부로부터 입력한 포맷한 결과를 시분할 다중화하고, 시분할 다중화한 결과를 상기 궤환 신호로서 출력하는 시 분할 다중화부를 구비하고,
    상기 물리 공간 정보 포맷부로부터 입력한 포맷된 결과를 다중화하는 빈도수보다 상기 이동국 단기 정보 포맷부로부터 입력한 포맷한 결과를 다중화하는 빈도수가 더 큰 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  8. 제1 항, 제2 항, 제3 항 또는 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기지국은
    상기 궤환 신호로부터 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보를 복원하고, 상기 복원한 물리 공간 정보를 상기 근사 장기 정보로 변환하고, 상기 변환된 근사 장기 정보와 상기 복원된 단기 정보를 조합하여 상기 가중 정보를 생성하는 가중 정보 생성부;
    상기 전용 물리 채널 신호를 상기 가중 정보와 승산하고, 승산된 결과를 상기 빔 포밍된 결과로서 출력하는 제1 승산부; 및
    상기 빔 포밍된 결과에 상기 파일롯트 채널 신호들을 가산하고, 가산된 결과를 상기 결합된 결과로서 출력하는 제1 가산부를 구비하고,
    상기 제1 가산부에서 가산된 결과들은 상기 안테나 어레이를 통해 상기 이동국으로 전송되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 가중 정보 생성부는
    상기 궤환 신호로부터 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보를 복원하는 정보 복원부;
    상기 복원된 물리 공간 정보를 상기 근사 장기 정보로 변환하는 정보 변환부; 및
    상기 변환된 근사 장기 정보와 상기 복원된 단기 정보를 조합하고, 조합한 결과를 상기 가중 정보로서 출력하는 정보 조합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 정보 변환부는
    상기 복원된 물리 공간 정보에 응답하여 어드레싱되어 해당하는 상기 근사 장기 정보를 독출하는 제2 룩 업 테이블을 구비하고,
    상기 제1 룩 업 테이블의 입/출력은 상기 제2 룩 업 테이블의 출/입력에 해당하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 정보 조합부는
    상기 변환된 근사 장기 정보에 해당하는 유효한 고유 벡터들과 복원된 단기 정보에 해당하는 복원된 소정 가중 상수들을 각각 승산하고, 승산된 결과들을 출력하는 제2 승산부; 및
    상기 제2 승산부에서 승산된 결과들을 서로 가산하는 제2 가산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
  12. 제4 항에 있어서, 상기 제1 룩 업 테이블에 포함되는 소정의 유효한 고유 벡터들은 아래와 같이 생성되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이를 포함하는 이동 통신 장치.
    Figure 112003005197223-pat00018
    (여기서, EVDeff는 고유값 분석 결과 중 상기 유효한 고유 벡터와 고유 값을 찾는 함수를 나타내고, λ i 는 고유 값을 나타내고, v j는 고유 벡터를 나타내고, R(,)는 아래와 상기 물리 공간 정보에 해당하는 도착각(θ)과 각퍼짐(θ)으로 생성된 채널 상관 메트릭스이다.
    Figure 112003005197223-pat00019
    여기서, 방향 벡터 a(θ) = [1 exp(jΨ) exp(j2Ψ) ... exp(j(B-1)Ψ)], Ψ= πsin(θ)로 정의된다.)
  13. 안테나 어레이를 갖는 기지국 및 이동국을 갖는 이동 통신 장치에서 수행되는 이동 통신 방법에 있어서,
    (a) 상기 기지국으로부터 전송된 신호로부터 상기 안테나별 채널의 하향 특성을 측정하고, 측정된 상기 하향 특성을 이용하여 물리 공간 정보와 근사 장기 정보를 검출하고, 상기 근사 장기 정보와 상기 하향 특성을 이용하여 상기 단기 정보를 생성하고, 상기 단기 정보 및 상기 물리 공간 정보를 궤환 신호로 변환하여 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및
    (b) 상기 궤환 신호를 수신하고, 수신한 상기 궤환 신호로부터 복원한 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보를 이용하여 가중 정보를 추출하고, 전용 물리 채널 신호를 상기 가중 정보로 빔 포밍하고, 빔 포밍된 결과에 파일롯트 채널 신호들을 결합하고, 결합된 결과들을 상기 안테나 어레이를 통해 상기 이동국으로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 물리 공간 정보는 상기 기지국을 기준으로 상기 이동국의 위치에 대한 공간 정보이고, 상기 근사 장기 정보는 상기 안테나별 채널의 상관 특성을 반영한 장기 정보와 가장 가까운 장기 정보에 해당하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    (a1) 상기 기지국으로부터 전송된 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 이용하여 상기 하향 특성을 측정하는 단계;
    (a2) 상기 하향 특성을 이용하여 상기 물리 공간 정보와 상기 근사 장기 정보를 구하는 단계;
    (a3) 상기 하향 특성과 상기 근사 장기 정보를 이용하여 상기 단기 정보를 생성하는 단계; 및
    (a4) 결정된 상기 단기 정보 및 상기 물리 공간 정보를 상기 궤환 신호로 변하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    (a5) 상기 하향 특성을 이용하여 고유 벡터들을 생성하고, 상기 고유 벡터들중에서 유효한 고유 벡터들을 선택하며, 선택된 상기 유효한 고유 벡터들을 상기 장기 정보로서 결정하는 단계를 더 구비하고,
    상기 (a3) 단계는 상기 장기 정보로부터 상기 물리 공간 정보를 검출하고 상기 근사 장기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 (a3) 단계는
    (a31) 상기 장기 정보에 해당하는 상기 근사 장기 정보를 검출하고, 상기 근사 장기 정보에 해당하는 어드레스를 생성하는 단계; 및
    (a32) 상기 어드레스에 저장된 상기 물리 공간 정보를 독출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 (a31) 단계는
    상기 결정된 장기 정보인 적어도 하나의 상기 유효한 고유 벡터 각각과 소정 의 유효한 고유 벡터들간의 차들에 놈을 구하고, 상기 놈에 제곱을 취하여 벡터간 거리를 구하는 단계; 및
    상기 결정된 장기 정보인 상기 유효한 고유 벡터 각각에 대해서, 상기 벡터간 거리중 가장 큰 값의 순번을 상기 어드레스로서 결정하고, 상기 가장 큰 값에 해당하는 소정의 유효한 고유 벡터를 상기 근사 장기 정보로서 결정하고, 상기 (a32) 단계로 진행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  18. 제14 항에 있어서, 상기 (a3) 단계는
    소정의 모든 가중 상수들과 상기 근사 장기 정보를 조합하고, 조합된 결과들을 가중치 벡터들로서 결정하는 단계;
    상기 가중치 벡터들 각각과 상기 하향 특성을 승산하고, 승산된 결과에 놈의 제곱을 취하여 수신 전력들을 구하는 단계; 및
    상기 수신 전력들중 가장 큰 수신 전력을 최대 수신 전력으로서 찾고, 상기 최대 수신 전력을 계산할 때 사용된 가중치를 구할 때 사용된 계수들이 위치한 인덱스를 상기 단기 정보로서 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  19. 제13 항 또는 제14 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    (b1) 상기 궤환 신호로부터 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보를 복원하고, 상기 복원한 물리 공간 정보를 상기 근사 장기 정보로 변환하고, 상기 변환된 근사 장기 정보와 상기 복원된 단기 정보를 조합하여 상기 가중 정보를 생성하는 단계;
    (b2) 상기 전용 물리 채널 신호를 상기 가중 정보와 승산하고, 승산된 결과를 상기 빔 포밍된 결과로서 결정하는 단계: 및
    (b3) 상기 빔 포밍된 결과에 상기 파일롯트 채널 신호들을 가산하고, 가산된 결과를 상기 결합된 결과로서 결정하는 단계를 구비하고,
    상기 가산된 결과들은 상기 안테나 어레이를 통해 상기 이동국으로 전송되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 (b1) 단계는
    (b11) 상기 궤환 신호로부터 상기 단기 정보와 상기 물리 공간 정보를 복원하는 단계;
    (b12) 상기 복원된 물리 공간 정보를 상기 근사 장기 정보로 변환하는 단계; 및
    (b13) 상기 변환된 근사 장기 정보와 상기 복원된 단기 정보를 조합하고, 조합한 결과를 상기 가중 정보로서 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 (b12) 단계는 상기 복원된 물리 공간 정보를 어드레스로하여 해당하는 상기 근사 장기 정보를 독출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  22. 제20 항에 있어서, 상기 (b13) 단계는
    상기 변환된 근사 장기 정보에 해당하는 유효한 고유 벡터들과 복원된 단기 정보에 해당하는 복원된 소정 가중 상수들을 각각 승산하는 단계;
    상기 승산된 결과들을 서로 가산하고, 가산된 결과를 상기 가중 정보로서 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
  23. 제13 항에 있어서, 상기 물리 공간 정보는 도착각(DOA)과 각 퍼짐(AS)에 해당하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 방법.
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