KR100627829B1 - 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이동통신망의 셀 내에서의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법에 관한 것으로, 이동통신 단말기로부터 피드백되는 채널 정보를 통하여 셀 내의 사용자 위치를 추정하고 나서 사용자의 분포도를 고려하여 기지국에서 이동통신 단말기로 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하는, 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법을 제공하며, 기지국에서 빔포밍 수행에 따른 전력 낭비 및 데이터 송수신 전처리 시간 소비를 줄일 수 있도록 하는 효과와, 셀 내에 존재하는 사용자의 수가 적거나 균일하게 분포하지 않더라도 높은 성능(데이터 수율)을 낼 수 있는 효과가 있음.
오퍼튜니스틱 빔포밍, 멀티-유저 다이버시티, 셀, 사용자 위치, 분포도, 멕시멈 라이클리후드 평가, 라이시언 페이딩 채널, 케이-팩터(K-factor), 모멘트-베이스드 평가

Description

사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법{Method of opportunistic beamforming based the location of user in mobile communication network}
도 1은 종래 방식에 따른 오퍼튜니스틱 빔포밍에 대한 일실시예 설명도.
도 2는 종래 방식이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능에 대한 일실시예 그래프.
도 3은 종래 방식이 적용된 기지국에서 이동통신 단말기로의 오퍼튜니스틱 빔포밍에 대한 일실시예 설명도.
도 4는 본 발명이 적용되는 고속 무선 패킷 데이터망에 대한 일실시예 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 6은 본 발명이 적용된 기지국에서 이동통신 단말기로의 오퍼튜니스틱 빔포밍에 대한 일실시예 설명도.
도 7a 및 도 7d는 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능에 대한 일실시예 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
10 : 기지국 20, 21 : 이동통신 단말기
본 발명은, 이동통신망의 셀 내에서의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동통신 단말기로부터 피드백되는 채널 정보를 통하여 셀 내의 사용자 위치를 추정하고 나서 사용자의 분포도를 고려하여 기지국에서 이동통신 단말기로 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하는, 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법에 관한 것이다.
최근에 무선 패킷 데이터망 관련 기술 발전에 힘입어 사용자는 이동통신 단말기를 통하여 고속으로 인터넷에 접속할 수 있게 되었다.
예를 들어, HDR(High Data Rate, 일명 cdma2000 1X EV-DO)이라고 명명되는 고속 무선 패킷 데이터 전송 기술은 기존의 IS-95 이동통신망에 최소의 시스템 변경만을 가하고서도 기지국과 이동통신 단말기간에 패킷 데이터를 고속으로 송수신할 수 있게 되었다.
이러한 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템은 시분할 방식에 기반하여 동작한다. 즉, 기지국에서는 이동통신 단말기로 타임 슬롯(time slot)을 할당하고, 각 이동통신 단말기에서는 서로 다른 타임 슬롯에 패킷 데이터를 실어서 기지국으로 전송하며, 그에 따라 이동통신 단말기간에 채널 간섭이 발생되지 않는 것이다.
일반적으로, 기지국에서는 셀 내의 모든 이동통신 단말기로 일정한 크기의 파일롯 신호(pilot)를 전송하며, 각 이동통신 단말기에서는 파일롯 신호의 수신 강도를 측정하여 패킷 데이터에 대한 최대 전송 속도(R)을 산출하고, 이 최대 전송 속도(R)을 데이터 리퀘스트 채널(DRC; Data Request Channel)을 통하여 기지국으로 전송함으로서 데이터 송수신을 요청하게 된다.
한편, 기지국에서는 각 이동통신 단말기로부터 최대 전송 속도(R)을 수신받으면 과거 일정 시간 동안에 해당 이동통신 단말기로 전송한 데이터량(T)로 최대 전송 속도(R)을 나눈 값(R/T)이 최대가 되는 이동통신 단말기로 전체 전력을 사용하여 데이터를 전송하게 된다.
전술한 바와 같이, 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템에서는 R/T가 최대가 되는 이동통신 단말기로 데이터를 전송함으로써 하향 링크에 대한 데이터 수율(throughput)을 높일 수 있다. 이러한 개념을 멀티-유저 다이버시티(multi-user diversity)라고 한다.
한편, 각 이동통신 단말기로 과거 일정 시간 동안에 전송한 데이터량(T)을 계산하기 위해서는 타임 윈도우(time window)의 길이를 결정해야 되며, 기지국에서는 타임 윈도우의 길이를 각 이동통신 단말기로부터 수신받은 데이터의 시간 지연허용폭을 고려하여 결정한다.
여기서, 각 이동통신 단말기가 셀 내에서 빠른 속도로 이동하는 경우에는 기지국에서 큰 멀티-유저 다이버시티 이득을 얻을 수 있으나, 각 이동통신 단말기가 셀 내에서 느린 속도로 이동하는 경우에는 채널 변화가 느려져서 멀티-유저 다이버시티 이득을 충분히 얻을 수 없게 된다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 오퍼튜니스틱 빔포밍(opportunistic beamforming)이라고 명명되는 기술이 제안되었으며, 이 오퍼튜니스틱 빔포밍의 개념은 "채널 변화가 느리다면 인위적으로 채널 변화를 빠르게 하자"라는 것이다.
도 1은 종래 방식에 따른 오퍼튜니스틱 빔포밍에 대한 일실시예 설명도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 오퍼튜니스틱 빔포밍 방식을 구현하기 위해서는 기지국(10)에 안테나를 2개 이상 구비하고, 각 안테나에 임의적으로 가중치 벡터(weighting, w1(t), w2(t))을 가함으로써 이동통신 단말기(20)의 실제 채널 변화가 빠르지 않더라도 기지국(10)에서는 이동통신 단말기(20)의 등가적인 채널 변화를 빠르게 경험할 수 있게 된다.
즉, 이동통신 단말기(20)의 채널 값, h1k(t) 및 h2k(t)가 실제로 빠르게 변화되지 않더라도 등가 채널 값,
Figure 112005000148226-pat00001
을 가중치 벡터 변화에 의해 빠르게 변화시킬 수 있다.
여기서,
Figure 112005000148226-pat00002
는 물리 채널 이득 보상값이고,
Figure 112005000148226-pat00003
는 물리 채널 위상 보상값이다. 특히,
Figure 112005000148226-pat00004
는
Figure 112005000148226-pat00005
구간에서 균일한 분포를 갖는 확률 변수로 선택되고, 각 가중치 벡터, w1(t), w2(t)는 랜덤하게 산출된다.
한편, 오퍼튜니스틱 빔포밍 방식은 코히런트 빔포밍 방식(coherent beamforming)에 비해 실질적으로 데이터 수율이 떨어지나, 셀 내에 존재하는 이동통신 단말기(20)의 수가 충분히 많다면 코히런트 빔포밍 방식의 성능과 동일하다.
도 2는 종래 방식이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능에 대한 일실시예 그래프이다.
도 2에 도시된 그래프는 기지국(10)에 10개의 안테나가 구비한 상태에서 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행한 결과에 대한 성능을 나타내며, 종래 방식이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍은 사용자, 즉 이동통신 단말기(20)의 수가 증가할 수록 코히런트 빔포밍 방식의 데이터 수율과 유사한 성능을 제공함을 알 수 있다.
도 3은 종래 방식이 적용된 기지국에서 이동통신 단말기로의 오퍼튜니스틱 빔포밍에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기지국(10)에서는 셀 내에 존재하는 각 이동통신 단말기(20)로 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하며, 셀 내의 모든 방향, 즉
Figure 112005000148226-pat00006
구간에 대해 순차적으로 균일한 빔포밍을 수행한다.
이러한 오퍼튜니스틱 빔포밍은 여러 가지 장점이 있다.
첫째로, 기지국(10)에서는 각 이동통신 단말기(20)의 등가 채널 값만을 확인하면 되고, 그에 따라 기지국(10)에서 각 안테나를 통하여 모든 이동통신 단말기(20)로 각기 다른 파일롯 신호를 다른 시각에 전송하지 않아도 되기 때문에 파일롯 신호 전송으로 인한 오버헤드가 줄어든다.
둘째로, 기지국(10)에서는 각 이동통신 단말기(20)로부터 피드백 채널을 통하여 최대 전송 속도(R)만을 수신받기 때문에 피드백 신호 수신으로 인한 오버헤드가 줄어든다.
셋째, 이동통신 단말기(20)에서는 기지국(10)의 요구에 따라 등가 채널 값만을 측정하면 되기 때문에 데이터 송수신 전처리를 위한 하드웨어 구성이 간단해진다. 예를 들어, 이동통신 단말기(20)에서는 기지국(10)에 구비된 안테나의 개수를 전혀 알지 못하더라도 단말기 동작에 전혀 영향을 받지 않는다.
넷째, 기지국(10) 및 이동통신 단말기(20)간에 별도의 시그널링 방식을 사용하지 않고서도 기존의 시그널링 방식으로 구현되기 때문에 기 구축된 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템에 바로 적용될 수 있다.
그런데, 상기와 같은 종래 방식의 오퍼튜니스틱 빔포밍은 여러 가지 장점이 있음에도 불구하고, 실제로 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템에 적용되는 경우에는 몇가지 문제점이 발생된다.
첫째, 도 2를 통하여 알 수 있듯이, 기지국(10)에 10개의 안테나가 구비된 상태에서 오퍼튜니스틱 빔포밍은 셀 내에 100명 미만의 사용자가 존재하는 경우에는 충분한 이득을 얻을 수 없고, 300명 내지 500명 이상의 사용자가 존재해야지만 코히런트 빔포밍과 유사한 이득을 얻을 수 있다.
즉, 종래 방식의 오퍼튜니스틱 빔포밍이 충분한 데이터 수율을 보장받기 위 해서는 셀 내에는 수많은 이동통신 단말기(20)가 존재해야 된다. 그리고, 기지국(10)에 구비된 안테나 개수에 비례하여 이동통신 단말기(20)의 존재 개수가 증가되야 된다.
그러나, 고속 무선 패킷 데이터 서비스는 음성 서비스보다 훨씬 높은 데이터 전송률이 요구되기 때문에 하나의 셀 내에서 동시에 수용할 수 있는 사용자의 수는 제한적이며, 종래 방식의 오퍼튜니스틱 빔포밍이 충분한 성능을 내기 위해서는 50명 이상의 사용자를 하나의 셀 내에서 동시에 서비스하는 것은 현실적으로 불가능하다.
둘째, 도 3을 통하여 알 수 있듯이, 오퍼튜니스틱 빔포밍은 사용자 수뿐만 아니라 사용자의 분포, 즉 이동통신 단말기(20)의 분포에 따라 시스템 성능에 차이가 발생된다.
즉, 종래 방식의 오퍼튜니스틱 빔포밍은
Figure 112005000148226-pat00007
값을
Figure 112005000148226-pat00008
구간에서 균일 분포를 갖는 확률 변수로 선택하고, 가중치 벡터(w1(t), w2(t))를 랜덤하게 산출하여 빔포밍을 수행하기 때문에 셀 내에 이동통신 단말기(20)가 존재하지 않는 방향(사용자 분포가 없는 지역)으로도 빔포밍을 수행하게 되며, 그에 따라 셀 내에 충분한 사용자가 존재하더라도 각 사용자의 공간적인 분포가 균일하지 않다면 충분한 성능을 낼 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 이동통신 단말기로부터 피드백되는 채널 정보를 통하여 셀 내의 사용자 위치를 추정하고 나서 사용자의 분포도를 고려하여 기지국에서 이동통신 단말기로 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하는, 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신망의 셀 내에서의 오퍼튜니스틱 빔포밍(opportunistic beamforming) 방법에 있어서, 이동통신 단말기로부터 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 피드백받는 제 1 단계; 상기 피드백된 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 평가하여 상기 이동통신 단말기의 위치값(위상값, 이하 "추정 위치값"이라 함)을 추정하는 제 2 단계; 상기 셀 내에 존재하는 이동통신 단말기의 개수 및 추정 위치값을 고려하여 빔포밍 수행 대상 이동통신 단말기를 선정(scheduling)하는 제 3 단계; 상기 선정된 이동통신 단말기에 대한 추정 위치값을 물리 채널 위상 보상값으로 설정하는 제 4 단계; 및 상기 설정한 물리 채널 위상 보상값을 가중치 벡터로 적용하여 이 가중치 벡터에 상응하는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 상기 선정된 이동통신 단말기로 수행하는 제 5 단계를 포함한다.
또한, 상기 본 발명은, 상기 제 2 단계 및 상기 제 3 단계 사이에, 상기 피드백된 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 평가하여 상기 이동통신 단말기에 대한 물리 채널(라이시안 페이딩 채널(ricena fading channel)의 K-factor를 추정하 는 제 6 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 본 발명은, 사전에 정의된 이동통신 단말기 위치 추정 주기로 상기 제 2 단계에서 추정되지 않았던 위치값을 물리 채널 위상 보상값으로 재설정하는 단계; 및 상기 재설정한 물리 채널 위상 보상값을 가중치 벡터로 적용하여 이 가중치 벡터에 상응하는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 상기 셀 내로 수행하는 단계를 더 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 고속 무선 패킷 데이터망에 대한 일실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 고속 무선 패킷 데이터망은 기지국(10) 및 이동통신 단말기(20, 21)를 포함한다. 이외에도, 상기 고속 무선 패킷 데이터망은 이동통신 기능, 음성통신 기능, 패킷 데이터 통신 기능을 하기 위한 기본적인 구성 요소(예; 기지국 제어기, 홈 위치 등록기(HLR), 패킷 데이터 서빙 노드(PDSN) 등)을 더 포함하며, 다른 여타의 구성 요소가 구비된다는 것은 당업자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는 기지국(10)에서 각 이동통신 단말기(20, 21)로 오퍼튜니스틱 빔 포밍을 수행하기 위해서 종래 방식처럼 가중치 벡터를 랜덤하게 산출하고 않고, 각 이동통신 단말기(20, 21)로부터 피드백된 채널 정보를 통하여 셀 내의 각 이동통신 단말기(20, 21)의 위치(방향) 및 분포도를 추정하고 나서 각 이동통신 단말기(20, 21)의 위치(방향) 및 분포도를 고려하여 이동통신 단말기(20, 21)가 존재하지 않는 지역으로는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하지 않는다.
즉, 본 발명에서는 사용자의 수, 즉 셀 내에 분포된 사용자의 절대 수치에 상관없이 사용자의 분포도를 고려하여 사용자가 분포된 방향으로 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하는 것이다.
여기서, 사용자의 위치, 즉 이동통신 단말기(20, 21)의 위치 추정을 통하여 셀 내에 존재하는 사용자의 수도 확인할 수 있다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법에 대한 일실시예 흐름도이다. 기지국(10)에서는 셀 내에 존재하는 다수의 이동통신 단말기(20, 21)와의 통신을 통하여 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하며, 이하 기지국(10)과 하나의 이동통신 단말가(20)간의 통신 과정을 예로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 이동통신 단말기(20)로부터 피드백 채널(feedback channel)을 통하여 최대 전송 속도값(최대 전송률, data rate)에 상응하는 신호를 수신받는다(500). 여기서, 기지국(10)에서는 이동통신 단말기(20)로부터 수신받은 신호를 등가 채널값(overall equivalent channel)에 대한 절대값으로 표현한다.
즉, 이동통신 단말기(20)를 k로 정의하고, 이동통신 단말기(20)에 할당한 타임 슬롯을 t로 정의한 상태에서 타임 슬롯 t의 미니-슬롯(mini-slot) 동안에 기지국(10)에서 이동통신 단말기(20)로부터 수신받은 신호 rk(t)는 다음의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112005000148226-pat00009
여기서,
Figure 112005000148226-pat00010
는 이동통신 단말기 k에 대한 등가 채널값이고, sk(t)는 파일롯 신호이고,
Figure 112005000148226-pat00011
는 부가 백색 가우시안 잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이다.
상기 [수학식 1] 및 가중치 벡터 w(t)를 통하여 이동통신 단말기 k에 대한 등가 채널값은 다음의 [수학식 2]로 도출된다. 상기 가중치 벡터 w(t)는
Figure 112005000148226-pat00012
로 표현되며, 여기서 N은 기지국(10)에 구비된 안테나 개수를 나타낸다.
Figure 112005000148226-pat00013
여기서,
Figure 112005000148226-pat00014
,
Figure 112005000148226-pat00015
이며, Kk는 이동통신 단말기 k에 대한 물리 채널(라이시안 페이딩 채널, ricean fading channel)에서의 K-factor이다.
그리고, Bk(t)는 복소 가우시안 랜덤 변수(complex-valued gaussian random variable)이다.
상기 [수학식 2], 즉 등가 채널값에 대한 절대값 Hk(t)는 다음의 [수학식 3]으로 표현된다.
Figure 112005000148226-pat00016
한편, 이동통신 단말기(20)에서는 사전에 정의된 신호대잡음비 임계치(predetermined SNR threshold)에 의존하여 기지국(10)으로 전송할 최대 전송 속도값을 결정하며, 그에 따라 최대 전송값에 상응하는 신호 "rk(t) = f(Hk(t))"로 표현되며, 여기서 함수 f()는 비감소 함수로서 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템의 시스템 파라미터(system parameter)에 의해 결정된다.
이후, 상기 이동통신 단말기(20)로부터 수신받은 최대 전송 속도값에 상응하는 신호 rk(t) 또는 등가 채널값에 대한 절대값 Hk(t))을 평가하여 이동통신 단말기(20)의 위치(방향, 이하 "위치"라 통칭하기로 함)를 추정한다(501). 여기서, 추정된 이동통신 단말기(20)의 위치값(또는 위상값)은
Figure 112005000148226-pat00017
로 표현된다.
이 때, 기지국(10)에서는 멕시멈 라이클리후드 평가 방식(maximum likelihood(ML) estimator)을 이용하여 이동통신 단말기(20)의 최대 전송 속도값을 파라미터로 하여 이동통신 단말기(20)의 위치를 추정한다.
즉, 기지국(10)에서는 멕시멈 라이클리후드 평가 방식(maximum likelihood(ML) estimator)을 이용하여 이동통신 단말기(20)로부터 수신받은 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 평가한다.
또한, 기지국(10)에서는 멕시멈 라이클리후드 평가 방식(maximum likelihood(ML) estimator)의 성능을 개선시키기 위해, 즉 멕시멈 라이클리후드 평가 방식을 이용하여 추정한 이동통신 단말기(20)의 위치값(또는 위상값)의 오차를 최소화시키기 위해 크라이머-라오 로워 바운드(CRLB; Cramer-Rao Lower Bound) 조건을 산출하여 기 추정된 위치값이 크라이머-라오 로워 바운드 조건을 만족하는 경우에 최종적으로 이동통신 단말기(20)의 위치값으로 추정한다.
멕시멈 라이클리후드 평가 방식(maximum likelihood(ML) estimator)을 이용하여 최대 전송 속도값에 상응하는 신호(등가 채널값에 대한 절대값)을 평가하여 이동통신 단말기(20)의 위치를 추정하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 등가 채널값에 대한 절대값 Hk(t)의 확률 밀도 함수(PDF; Probability Density Function) 및 누적 밀도 함수(CDF: Cumulative Density Function)를 산출한다. 확률 밀도 함수 및 누적 밀도 함수는 다음과 같은 수학식에 의해 산출할 수 있다.
Ak(t)를 다음과 같은 [수학식 4]로 정의하면
Figure 112005000148226-pat00018
등가 채널값에 대한 절대값 Hk(t)의 확률 밀도 함수
Figure 112005000148226-pat00019
및 누적 밀도 함수
Figure 112005000148226-pat00020
는 각각 다음의 [수학식 5] 및 [수학식 6]으로 산출된다.
Figure 112005000148226-pat00021
여기서, [수학식 5]로 표현되는 확률 밀도 함수
Figure 112005000148226-pat00022
는 라이시안 분포(ricean distribution)와 동일한 형태를 갖음을 알 수 있다.
Figure 112005000148226-pat00023
상기 [수학식 5]에서 I0(·)는 다음의 [수학식 7]과 같은 0차 베셀 함수 (Bessel function of order zero)로 치환된다.
Figure 112005000148226-pat00024
상기 [수학식 6]에서 Qm(·,·)는 다음의 [수학식 8]과 같은 Marcum Q-function으로 치환된다.
Figure 112005000148226-pat00025
그리고 나서, 확률 밀도 함수
Figure 112005000148226-pat00026
가 라이시안 분포(ricean distribution)와 동일한 형태임을 참조하여, 라이시안 확률 밀도 함수(ricean PDF)의 전체 전력값을 다음의 [수학식 9]로 정의하고, 라이시안 확률 밀도 함수의 K-factor를 다음의 [수학식 10]으로 정의한다.
Figure 112005000148226-pat00027
Figure 112005000148226-pat00028
그러면, 확률 밀도 함수
Figure 112005000148226-pat00029
는 다음의 [수학식 11]과 같이 치환된다.
Figure 112005000148226-pat00030
한편, 앞서 설명한 바와 같이 타임 슬롯의 미니-슬롯 동안에 파일롯 신호 sk(t)와 가중치 벡터 w(t)가 곱해진 신호값이 기지국(10)에서 이동통신 단말기(20)로 전송된다. 여기서, 미니-슬롯은 이동통신 단말기(20)의 위치를 추정하는 중요한 파라미터임을 알 수 있다.
따라서, 이동통신 단말기 위치 추정 주기(estimation period, 이하 "추정 주기"라 함)를 다음과 같이 정의할 수 있다.
추정 주기
Figure 112005000148226-pat00031
를 L 미니-슬롯의 집합으로 정의한다. 각 추정 주기는
Figure 112005000148226-pat00032
및
Figure 112005000148226-pat00033
인 Q 서브-추정 주기
Figure 112005000148226-pat00034
로 분리된다.
Figure 112005000148226-pat00035
내에서 미니-슬롯의 개수는 Lq(q = 1, …, Q)에 의해 추정되며, 여기서
Figure 112005000148226-pat00036
이다.
그리고 나서, 서브-추정 주기
Figure 112005000148226-pat00037
내에서 인위적인 위상 천이(artificial phase shift)
Figure 112005000148226-pat00038
를 다음과 같은
Figure 112005000148226-pat00039
로 설정한다. 일반적으로, 서브-추정 주기
Figure 112005000148226-pat00040
내에서 인위적인 위상 천이
Figure 112005000148226-pat00041
는
Figure 112005000148226-pat00042
로 설정된다(
Figure 112005000148226-pat00043
).
그러면,
Figure 112005000148226-pat00044
,
Figure 112005000148226-pat00045
및
Figure 112005000148226-pat00046
는 q에 의존적이게 되며, 이러한 값들을 각각
Figure 112005000148226-pat00047
,
Figure 112005000148226-pat00048
및
Figure 112005000148226-pat00049
를 파라미터로 하여 각각
Figure 112005000148226-pat00050
,
Figure 112005000148226-pat00051
및
Figure 112005000148226-pat00052
로 표현되며, 여기서
Figure 112005000148226-pat00053
이다.
그런후, 기지국(10)에서 이미 알려진 Kk의 함수인
Figure 112005000148226-pat00054
, ak가 추정되면(알려진 상태에서) 멕시멈 라이클리후드 평가 방식을 이용하여 이동통신 단말기(20)의 위치를 다음과 같은 [수학식 12]로 추정한다(
Figure 112005000148226-pat00055
).
Figure 112005000148226-pat00056
여기서, k는 1, …, M이다.
상기 [수학식 12]를 멕시멈 라이클리후드 평가 함수의 로가리즘(logarithm of the ML function)에 의해 다음의 [수학식 13]으로 정리할 수 있다.
Figure 112005000148226-pat00057
여기서, k는 1, …, M이다.
최종적으로, 상기 [수학식 13]이 기지국(10)에서 멕시멈 라이클리후드 평가 방식을 이용하여 최대 전송 속도값에 상응하는 신호(등가 채널값에 대한 절대값)을 평가하여 추정한 이동통신 단말기(20)의 위치값(또는 위상값)이다.
한편, 상기 [수학식 13]으로 표현되는 이동통신 단말기(20)의 위치값(또는 위상값)의 오차를 최소화시키기 위한 크라이머-라오 로워 바운드 조건은 다음과 같은 과정으로 산출된다.
이동통신 단말기 k에 대한 위치값
Figure 112005000148226-pat00058
의 크라이머-라오 로워 바운드
Figure 112005000148226-pat00059
는 다음의 [수학식 14]와 같다.
Figure 112005000148226-pat00060
여기서, I1()는 1차 베셀 함수(Bessel function of order one)를 변형한 식이다.
그리고,
Figure 112005000148226-pat00061
는 Ak,q를
Figure 112005000148226-pat00062
에 대해 1차 미분한 식이며, 다음의 [수학식 15]와 같다.
Figure 112005000148226-pat00063
상기 [수학식 15]를 참고하여 상기 [수학식 14]으로 표현되는 크라이머-라오 로워 바운드 조건을 폐쇄형(closed-form)으로 보다 정확하게 정리한 식은 다음의 [수학식 16]과 같다.
Figure 112005000148226-pat00064
상기 [수학식 16]으로 표현되는 크라이머-라오 로워 바운드 조건을 통하여 이동통신 단말기(20)의 위치값에 대한 추정 함수
Figure 112005000148226-pat00065
([수학식 13])의 기울기 절대값이 최대가 되는 지점을 찾아 최종적으로 추정된 이동통신 단말기(20)의 위치값으로 결정한다.
한편, 멕시멈 라이클리후드 평가 방식의 성능 향상을 위해, 즉 멀티-유저 다이버시티(multi-user diversity) 효과를 내기 위해 기지국(10)에서는 이동통신 단말기(20)로부터 수신받은 신호를 통하여 이동통신 단말기(20)의 라이시안 페이딩 채널(ricena fading channel)의 케이-팩터(K-factor, 이하 "K-factor라 함)도 추정하여 이동통신 단말기(20)의 위치를 추정하는 것이 바람직하다.
즉, 전술한 바와 같이 멕시멈 라이클리후드 평가 방식을 이용하여 이동통신 단말기(20)의 위치값을 상기 [수학식 12]를 통하여 추정하였는데, 여기서 K-factor를 별도로 추정하지 않고 기지국(10)에서 이미 알려진 Kk의 함수인
Figure 112005000148226-pat00066
, ak를 파라미터로 하여 멕시멈 라이클리후드 평가 방식을 이용하여 이동통신 단말기(20)의 위치값을 추정하였다.
그러나, 실제로 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템에서 이러한 가정은 타당하지 않을 뿐더러 이동통신 단말기(20)의 보다 정확한 위치를 추정하고, 멀티-유저 다이버시티 효과를 내기 위해서, 본 발명에서는 기지국(10)이 모멘트-베이스드 평가 방식(moment-based estimator)를 이용하여 이동통신 단말기(20)의 최대 전송 속도값을 파라미터로 하여 이동통신 단말기의 K-factor를 추정한다.
일반적으로, 이동통신 단말기(20)에서 K-factor를 추정하며, 기지국(10)에서는 이동통신 단말기(20)로부터 K-factor를 피드백받는데, 이러한 종래 방식은 이동통신 단말기(20)의 시스템 성능을 저하시키고 기지국(10)의 피드백 채널의 오버헤드를 증가시키고 있다.
따라서, 본 발명에서는 이동통신 단말기(20)로부터 피드백되는 최대 전송 속도값에 상응하는 신호, 즉 등가 채널값에 대한 절대값 Hk(t)를 통하여 물리 채널의 K-factor {Kk}를 추정한다.
즉, 모멘트-베이스드 평가 방식을 이용하여 일반적인 K-factor(generalized K-factor)
Figure 112005000148226-pat00067
로부터 물리 채널의 K-factor {Kk}를 획득하고 나서, 이동통신 단말기(20)로부터 피드백된 등가 채널값에 대한 절대값 {Hk(t)}를 통하여 일반적인 K-factor를 추정한다.
또한, 모멘트-베이스드 평가 방식을 이용하여 추정한 K-factor의 오차를 최소화시키기 위해 크라이머-라오 로워 바운드 조건을 산출하여 기 추정된 K-factor가 크라이머-라오 로워 바운드 조건을 만족하는 경우에 최종적으로 K-factor로 추 정한다.
모멘트-베이스드 평가 방식을 이용하여 K-factor를 추정하는 과정 및 크라이머-라오 로워 바운드 조건에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
물리 채널
Figure 112005000148226-pat00068
의 K-factor {Kk}는 라이시안 확률 밀도 함수(Ricean PDF)의 K-factor
Figure 112005000148226-pat00069
를 파라미터로 하여 다음의 [수학식 17]로 표현된다.
Figure 112005000148226-pat00070
그리고, 상기 [수학식 17]의 일반적인 K-factor
Figure 112005000148226-pat00071
는 다음의 [수학식 18]과 같은 이동통신 단말기(20)로부터 피드백된 등가 채널값에 대한 절대값 {Hk(t)}, 특히 라이시안 확률 밀도 함수(ricean PDF)의 전체 전력값
Figure 112005000148226-pat00072
의 관계식으로 표현된다.
Figure 112005000148226-pat00073
여기서,
Figure 112005000148226-pat00074
이고, Eq는 Hk(t)(여기서,
Figure 112005000148226-pat00075
)에 대한 기대값이다.
멕시멈 라이클리후드 평가 방식(maximum likelihood(ML) estimator) 및 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템의 미니 슬롯 L에 의해 상기 [수학식 18]에서
Figure 112005000148226-pat00076
및
Figure 112005000148226-pat00077
와,
Figure 112005000148226-pat00078
및
Figure 112005000148226-pat00079
로 표현되는
Figure 112005000148226-pat00080
은 다음의 [수학식 19]와 같이 추정된다.
Figure 112005000148226-pat00081
여기서,
Figure 112005000148226-pat00082
는
Figure 112005000148226-pat00083
에 대해 멕시멈 라이클리후드 평가 방식에 의해 산출된 값을 나타내며, 다음의 [수학식 20]과 같다.
Figure 112005000148226-pat00084
상기 [수학식 17] 내지 상기 [수학식 20]을 통하여 물리 채널의 K-factor를 추정하면 다음의 [수학식 21]과 같이 도출된다.
Figure 112005000148226-pat00085
한편, 상기 [수학식 21]로 표현되는 물리 채널의 K-factor의 오차를 최소화시키기 위한 크라이머-라오 로워 바운드 조건은 다음과 같은 과정으로 산출된다.
이동통신 단말기 k = 1 ~ M에 대한 K-factor
Figure 112005000148226-pat00086
의 크라이머-라오 로워 바운드
Figure 112005000148226-pat00087
는 다음의 [수학식 22]와 같다.
Figure 112005000148226-pat00088
여기서,
Figure 112005000148226-pat00089
는 Ak,q를 Kk에 대해 1차 미분한 식이며, 다음의 [수학식 23]과 같다.
Figure 112005000148226-pat00090
상기 [수학식 23]을 참고하여 상기 [수학식 22]로 표현되는 크라이머-라오 로워 바운드 조건을 폐쇄형(closed-form)으로 보다 정확하게 정리한 식은 다음의 [수학식 24]와 같다.
Figure 112005000148226-pat00091
상기 [수학식 24]로 표현되는 크라이머-라오 로워 바운드 조건을 통하여 물리 채널의 K-factor에 대한 추정 함수
Figure 112005000148226-pat00092
([수학식 21])의 기울기 절대값이 최대가 되는 지점을 찾아 최종적으로 추정된 물리 채널의 K-factor로 결정한다.
그런 후, 셀 내에 존재하는 이동통신 단말기(20)의 개수 및 추정된 위치값 등을 고려하여 빔포밍 수행 대상 이동통신 단말기를 선정한다(502).
이 때, 공지의 프로포셔널 페어 스케쥴링 방식(proportional fair scheduling)을 이용하여 셀 내에 존재하는 이동통신 단말기(20)의 개수 및 추정된 위치값 등을 고려하여 빔포밍 수행 대상 이동통신 단말기를 선정하는 것이 바람직하다. 이하 일례로, 이동통신 단말기(20), 즉 이동통신 단말기 k가 빔포밍 수행 대상으로 선정된 것에 대해 설명한다.
그런 후, 상기 선정한 이동통신 단말기(20)에 대해 추정된 위치값을 물리 채널 위상 보상값(위상 천이값)으로 설정한다(503).
이 때, 이동통신 단말기 k에 대해 추정된 위치값
Figure 112005000148226-pat00093
에 대한 음수값
Figure 112005000148226-pat00094
을 물리 채널 위상 보상값(artificial phase shift)
Figure 112005000148226-pat00095
으로 설정한다.
그리고 나서, 상기 설정한 물리 채널 위상 보상값을 가중치 벡터로 적용하여 이 가중치 벡터에 상응하는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 셀 내의 이동통신 단말기(20)로 수행한다(504).
이 때, 기지국(10)의 안테나에서는 물리 채널 이득 보상값
Figure 112005000148226-pat00096
및 물리 채널 위상 보상값
Figure 112005000148226-pat00097
을 파라미터로 하여 가중치 벡터 w(t)를 산출하며, 이 가중치 벡터에 상응하는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 이동통신 단말기(20)의 방향으로 수행하여 이동통신 단말기(20)과 기지국(10)이 데이터를 송수신하게 된다.
한편, 본 발명에서는 이동통신 단말기(20)의 위치(방향) 및 분포도를 고려하여 이동통신 단말기(20)가 존재하지 않는 지역으로는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하지 않는데, 새로운 이동통신 단말기가 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있는 지역으로 신규 접속하거나 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되고 있던 지역에 위치하였던 이동통신 단말기(20)가 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있는 지역으로 이동한 경우(이하, 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있는 지역에 위치하는 이동통신 단말기를 이동통신 단말기(21)로 통칭하기로 함)에 대한 고려가 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 기지국(10)과 이동통신 단말기(21)와의 데이터 송수신이 가능하도록 주기적 또는 비주기적으로 이전 시점에 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있던 지역으로 빔포밍을 수행한다.
즉, 이동통신 단말기(20)가 위치한 지역으로만 빔포밍을 수행하다가 이전 시점에 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있던 지역으로 주기적 또는 비주기적으로 빔포밍을 수행하여 이동통신 단말기(21)가 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있던 지역으로 새로이 위치한 것을 판별하며, 판별 결과에 따라 새로이 위치한 이동통신 단말기(21)와의 통신이 이루어지도록 한다.
다른 예로, 이동통신 단말기(20)가 위치한 지역으로만 빔포밍을 수행하다가 이전 시점에 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있던 지역을 포함하여 셀 내 모든 지역으로 주기적 또는 비주기적으로 빔포밍을 수행하여 이동통신 단말기(21)가 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있던 지역으로 새로이 위치한 것을 판별하며, 판별 결과에 따라 새로이 위치한 이동통신 단말기(21)와의 통신이 이루어지도록 한다.
특히, 이전 시점에 오퍼튜니스틱 빔포밍이 수행되지 않고 있던 지역을 위한 오퍼튜니스틱 빔포밍 주기값은 기지국(10)에 구비된 안테나 개수 및 셀 내에 위치한 이동통신 단말기(20, 21)의 개수에 따라 최적화되어야 되는 시스템 파라미터이다.
즉, 이동통신 단말기(21)의 위치를 추정하는 것에 대한 추정 에러 분산(estimation error variance)이 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템의 시스템 파라미터로 기 설정된 상태에서, 상기 수학식 [15] 및 상기 수학식 [23]을 통하여 기 설정된 추정 에러 분산을 만족하는 최소 주기값(서브-추정 주기 개수 Q 및 서브-추정 주기 길이 Lq)를 산출한다.
그러나, 오퍼튜니스틱 빔포밍 수행 주기, 즉 이동통신 단말기 위치 추정 주기는 고속 무선 패킷 데이터 전송 시스템의 성능, 즉 시스템 파라미터(추정 에러 분산)에 의해 변경되며, 실질적으로 셀 내에 존재하는 타 이동통신 단말기의 데이터 송수신 성능의 형평성을 고려하여 설정되어야 되기 때문에 이론적인 산출 주기([수학식 15] 및 [수학식 23]에 의한 산출 주기)보다는 시스템에 기 설정된 추정 에러 분산 설정값에 따라 서브-추정 주기 개수 Q 및 서브-추정 주기 길이 Lq가 설정되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명이 적용된 기지국에서 이동통신 단말기로의 오퍼튜니스틱 빔포밍에 대한 일실시예 설명도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기지국(10)에서는 셀 내의 모든 방향, 즉
Figure 112005000148226-pat00098
구간(도면에 점선으로 표시)에 대해 순차적으로 균일한 빔포밍을 수행하지 않고, 이동통신 단말기(20)가 분포한 지역(도면에 실선으로 표시)으로 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행한다.
도 7a 및 도 7d는 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능에 대한 일실시예 그래프이다.
도 7a에는 K-factor Kk = 10, 기지국(10)의 안테나 개수 N = 8, 서브-추정 주기 개수 Q = 50, 서브-추정 주기 길이 Lq = 20로 설정된 느린 라이시안 페이딩 채널(slow Ricean fading channel)에서 이동통신 단말기 개수(사용자 수) M에 대해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능이 도시되어 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 종래 방식에 따른 오퍼튜니스틱 빔포밍이 사용자 수 M이 증가되어야지만 성능 향상되는 것에 비해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍은 사용자 수 M에 무관하게 코히런트 빔포밍과 동일한 높은 성능을 보임을 알 수 있다.
도 7b에는 K-factor Kk = 10, 이동통신 단말기 개수(사용자 수) M = 10, 서브-추정 주기 개수 Q = 50, 서브-추정 주기 길이 Lq = 20로 설정된 느린 라이시안 페이딩 채널(slow Ricean fading channel)에서 기지국(10)의 안테나 개수 N에 대해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능이 도시되어 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 종래 방식에 따른 오퍼튜니스틱 빔포밍이 기지국(10)의 안테나 개수 N이 증가될 수록 성능이 저하되는 것에 비해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍은 기지국(10)의 안테나 개수 N에 무관하게 코히런트 빔포밍과 동일한 높은 성능을 보임을 알 수 있다.
도 7c에는 K-factor Kk = 10, 기지국(10)의 안테나 개수 N = 8, 서브-추정 주기 개수 Q = 50, 서브-추정 주기 길이 Lq = 20로 설정된 빠른 라이시안 페이딩 채널(fast Ricean fading channel)에서 이동통신 단말기 개수(사용자 수) M에 대해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능이 도시되어 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 종래 방식에 따른 오퍼튜니스틱 빔포밍이 사용자 수 M이 증가되어야지만 성능 향상되는 것에 비해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍은 사용자 수 M에 무관하게 코히런트 빔포밍과 유사한 높은 성능을 보임을 알 수 있다.
도 7d에는 K-factor Kk = 10, 이동통신 단말기 개수(사용자 수) M = 10, 서브-추정 주기 개수 Q = 50, 서브-추정 주기 길이 Lq = 20로 설정된 빠른 라이시안 페이딩 채널(fast Ricean fading channel)에서 기지국(10)의 안테나 개수 N에 대해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍의 성능이 도시되어 있다.
도 7d에 도시된 바와 같이, 종래 방식에 따른 오퍼튜니스틱 빔포밍이 기지국 (10)의 안테나 개수 N이 증가될 수록 성능이 저하되는 것에 비해 본 발명이 적용된 오퍼튜니스틱 빔포밍은 기지국(10)의 안테나 개수 N에 무관하게 코히런트 빔포밍과 유사한 높은 성능을 보임을 알 수 있다.
이상 본 발명의 내용이 실시예를 들어 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 본 발명의 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명이 속하는 분야의 기술자는 본원의 특허청구범위에 기재된 원리 및 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변형 또는 변경할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 이동통신망의 셀 내에 존재하는 사용자의 위치(방향)을 추정하고 나서 사용자의 분포도를 고려하여 기지국에서 이동통신 단말기로 오퍼튜니스틱 빔포밍을 수행하기 때문에 기지국에서 빔포밍 수행에 따른 전력 낭비 및 데이터 송수신 전처리 시간 소비를 줄일 수 있도록 하는 효과와, 셀 내에 존재하는 사용자의 수가 적거나 균일하게 분포하지 않더라도 높은 성능(데이터 수율)을 낼 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 이동통신망의 셀 내에서의 오퍼튜니스틱 빔포밍(opportunistic beamforming) 방법에 있어서,
    이동통신 단말기로부터 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 피드백받는 제 1 단계;
    상기 피드백된 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 평가하여 상기 이동통신 단말기의 위치값(위상값, 이하 "추정 위치값"이라 함)을 추정하는 제 2 단계;
    상기 셀 내에 존재하는 이동통신 단말기의 개수 및 추정 위치값을 고려하여 빔포밍 수행 대상 이동통신 단말기를 선정(scheduling)하는 제 3 단계;
    상기 선정된 이동통신 단말기에 대한 추정 위치값을 물리 채널 위상 보상값으로 설정하는 제 4 단계; 및
    상기 설정한 물리 채널 위상 보상값을 가중치 벡터로 적용하여 이 가중치 벡터에 상응하는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 상기 선정된 이동통신 단말기로 수행하는 제 5 단계
    를 포함하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서,
    멕시멈 라이클리후드 평가 방식(maximum likelihood(ML) estimator)을 이용하여 최대 전송 속도값(Rk(t))에 상응하는 등가 채널값에 대한 절대값(Hk(t))을 평가하여 이동통신 단말기의 위치값을 추정하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 등가 채널값에 대한 절대값(Hk(t))의 확률 밀도 함수(PDF) 및 누적 밀도 함수(CDF)를 산출하는 단계;
    라이시안 확률 밀도 함수(ricean PDF)의 전체 전력값 및 라이시안 확률 밀도 함수의 K-factor를 기 정의한 상태에서 상기 산출한 등가 채널값에 대한 절대값(Hk(t))의 확률 밀도 함수(PDF)를 라이시안 확률 밀도 함수(ricean PDF)의 전체 전력값 및 라이시안 확률 밀도 함수의 K-factor로 치환하는 단계;
    이동통신 단말기 위치 추정 주기(이하, "추정 주기"라 함)를 기 정의한 상태에서 추정 주기의 서브-추정 주기 내에서의 위상 보상값을 설정하는 단계;
    상기 기 정의한 라이시안 확률 밀도 함수의 K-factor를 파라미터로 하여 멕시멈 라이클리후드 평가 방식을 이용하여 상기 설정한 위상 보상값을 평가하면서 이동통신 단말기의 위치값을 추정하는 단계
    를 포함하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 추정 위치값은 다음의 수학식인 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
    Figure 112005000148226-pat00099
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 추정 위치값이 크라이머-라오 로워 바운드(CRLB; Cramer-Rao Lower Bound) 조건을 만족하는 경우에 이동통신 단말기의 최종 추정 위치값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 추정 위치값에 대한 크라이머-라오 로워 바운드 조건은 다음의 수학식 인 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
    Figure 112005000148226-pat00100
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계 및 상기 제 3 단계 사이에,
    상기 피드백된 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 평가하여 상기 이동통신 단말기에 대한 물리 채널(라이시안 페이딩 채널(ricena fading channel)의 K-factor를 추정하는 제 6 단계
    를 더 포함하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 6 단계에서,
    모멘트-베이스드 평가 방식(moment-based estimator)을 이용하여 최대 전송 속도값에 상응하는 등가 채널값에 대한 절대값(Hk(t))을 평가하여 이동통신 단말기에 대한 물리 채널의 K-factor를 추정하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 6 단계는,
    물리 채널의 K-factor를 라이시안 확률 밀도 함수(Ricean PDF)의 K-factor로 치환하는 단계;
    상기 치환된 라이시안 확률 밀도 함수의 K-factor를 라이시안 확률 밀도 함수의 전체 전력값 및 라이시안 확률 밀도 함수의 기대값으로 치환하는 단계;
    타임 슬롯의 미니 슬롯(L)에 의해 상기 라이시안 확률 밀도 함수의 전체 전력값 및 라이시안 확률 밀도 함수의 기대값을 추정하는 단계;
    멕시멈 라이클리후드 평가 방식을 이용하여 라이시안 확률 밀도 함수의 전체 전력값을 평가하는 단계;
    상기 평가한 라이시안 확률 밀도 함수의 전체 전력값을 파라미터로 하여 모멘트-베이스드 평가 방식을 이용하여 상기 치환된 라이시안 확률 밀도 함수의 K-factor를 평가하면서 이동통신 단말기에 대한 물리 채널의 K-factor를 추정하는 단계
    를 포함하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 추정 K-factor는 다음의 수학식인 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
    Figure 112005000148226-pat00101
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 추정 K-factor가 크라이머-라오 로워 바운드(CRLB; Cramer-Rao Lower Bound) 조건을 만족하는 경우에 이동통신 단말기의 최종 추정 K-factor로 결정하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 추정 K-factor에 대한 크라이머-라오 로워 바운드 조건은 다음의 수학식인 것을 특징으로 하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
    Figure 112005000148226-pat00102
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사전에 정의된 이동통신 단말기 위치 추정 주기로 상기 제 2 단계에서 추정되지 않았던 위치값을 물리 채널 위상 보상값으로 재설정하는 단계; 및
    상기 재설정한 물리 채널 위상 보상값을 가중치 벡터로 적용하여 이 가중치 벡터에 상응하는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 상기 셀 내로 수행하는 단계
    를 더 포함하는 사용자 위치 기반의 오퍼튜니스틱 빔포밍 방법.
  14. 프로세서를 구비한 기지국에,
    이동통신 단말기로부터 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 피드백받는 제 1 단계;
    상기 피드백된 최대 전송 속도값에 상응하는 신호를 평가하여 상기 이동통신 단말기의 위치값(위상값, 이하 "추정 위치값"이라 함)을 추정하는 제 2 단계;
    상기 셀 내에 존재하는 이동통신 단말기의 개수 및 추정 위치값을 고려하여 빔포밍 수행 대상 이동통신 단말기를 선정(scheduling)하는 제 3 단계;
    상기 선정된 이동통신 단말기에 대한 추정 위치값을 물리 채널 위상 보상값으로 설정하는 제 4 단계; 및
    상기 설정한 물리 채널 위상 보상값을 가중치 벡터로 적용하여 이 가중치 벡터에 상응하는 오퍼튜니스틱 빔포밍을 상기 선정된 이동통신 단말기로 수행하는 제 5 단계
    를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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