KR100667187B1 - 파일롯 신호를 이용한 스위치드 빔 선택 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 단말에 최대의 수신 전력을 제공하는 스위치드 빔 선택 방법 및 시스템에 관한 것이다.
기지국이 사용할 수 있는 스위치드 빔의 수는 한정적이고 이들 스위치드 빔포밍을 위한 가중치 벡터의 값은 미리 정의된다. 본 발명에서, 이동 단말은 송신 안테나 구분이 가능하도록 설계된 파일롯 신호를 이용하여 송신 안테나별로 채널 값을 측정하고 측정된 채널 값과 미리 알고 있는 가중치 벡터들을 이용하여 최대의 신호 대 잡음비를 제공하는 스위치드 빔을 판단한다. 단말은 선택된 빔의 식별자를 피드백 채널을 이용하여 기지국에 통보하고 기지국은 이를 이용하여 해당 단말이 요구하는 스위치드 빔을 이용하여 트래픽을 전송한다.
스위치드 빔, 섹터 빔, 가중치 벡터, 피드백 채널

Description

파일롯 신호를 이용한 스위치드 빔 선택 시스템 및 그 방법{METHOD FOR SELECTING SWITCHED BEAM USING PILOT SIGNAL AND SYSTEM THEREOF}
도 1은 스위치드 빔의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 섹터 빔을 형성하는 기지국의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 스위치드 빔포밍을 형성하는 기지국의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 싱글 캐리어 전송 방식에서 본 발명의 실시예에서 따른 파일롯 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 멀티 캐리어 방식에서 본 발명의 실시예에 따른 파일롯 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 빔 선택 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 복수의 안테나를 이용한 스위치드 빔 선택 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 복수의 안테나의 적은 오차와 적은 연산으로도 효과적인 스위치드 빔(switched beam)을 선택할 수 있는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
도 1은 스위치드 빔의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
스위치드 빔 기술은 스마트 안테나 기술 중의 하나로서, 이동 단말에게 최대의 수신 전력을 제공하기 위하여 복수의 안테나 엘리먼트에 대한 가중치(weight)를 다르게 주어 이동 단말의 방향으로 지향성 빔을 제공하는 기술이다.
기지국(100)은 섹터별로 복수의 안테나 엘리먼트(101, 102, 103)를 포함하고 있다. 한편 이동 가입자 단말(200)은 섹터 내에서 이동하면서 기지국(100)과 트래픽 데이터를 송수신한다.
전술한 바와 같이, 가입자 단말에게 최적의 수신 전력을 제공하기 위하여, 기지국의 안테나 엘리먼트(101, 102, 103)에 각각 다른 가중치를 제공하면 안테나에서 방사되는 빔은 가입자 단말의 방향으로 최적의 빔을 형성한다.
여기서, 빔포밍의 방향에 따른 안테나 엘리먼트에 대한 가중치 벡터는 미리 정해진 개수로 정의되어, 적절한 빔포밍 방향을 위해 선택된다.
따라서 전술한 스위치드 빔포밍 기술을 사용할 경우 섹터 안테나보다 폭이 좁은 지향성 빔을 이용하므로 빔포밍 이득 및 동일 채널 간섭(co-chnnel interference)을 줄일 수 있어 시스템 성능 개선이 가능하다.
한편, 종래 기술에 있어서, 복수의 안테나를 이용한 스위치드 빔포밍 기술은 기지국이 몇 개의 빔포밍 가중치 벡터를 준비하고, 가입자 단말로부터 전송되는 상향링크 신호를 이용하여 상기 상향링크 신호가 기지국에 도래하는 방향을 측정한다.
기지국은 상기 측정된 도래각(DOA, direction of arrival)을 참고하여 단말에게 가장 적합한 스위치드 빔을 결정하고 이를 이용하여 사용자 트래픽을 전송한다.
그러나 종래의 스위치드 빔포밍에서 기지국이 특정 단말이 송출하는 신호의 도래각을 연속적으로 측정하려면 이를 지원하기 위한 연속된 동일 단말의 상향링크 신호가 필요하다. 상기 도래각을 측정하기 위해서는 간헐적이지만 지속적 상향링크 신호가 필요하므로 자원 낭비가 필연적이다. 또한, 기지국이 도래각을 측정할 수 있도록 해당 단말에게 상향링크 자원을 할당하는 절차를 정의하여야 한다.
더욱이, 빔포밍 방향을 위한 스위치드 빔 선택의 주체가 기지국이므로, 기지국의 부하가 커지며, 정확한 도래각 측정을 위하여 단말별로 상당한 길이의 상향링크 신호가 필요하고 FDD의 경우 상향링크 주파수 밴드와 하향링크 주파수 밴드가 이격되어 있어 상향링크 신호를 이용하여 측정한 도래각을 하향링크 스위치드 빔 선택에 활용할 경우 주파수 이격에 의한 오차가 발생하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단말이 스위치드 빔의 선택 주체가 되어, 기지국의 부하를 줄이며 주파수 이격에 의한 오차를 줄일 수 있는 스위치드 빔 선택 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 하향링크 공통 파일롯 신호를 이용하여 최대 신호 대 잡음비(SNR, signal-to-noise ratio)를 제공하는 빔 선택이 가능하도록 하는 스위치드 빔 선택 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 복수의 송신 안테나로 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템이 구비된 기지국의 섹터 영역 내에 위치하는 가입자 단말의 스위치드 빔 선택 방법이 제공된다. 우선, 이동 단말은 복수의 안테나를 식별할 수 있도록 생성되어 섹터 빔을 통해 상기 기지국으로부터 전송되는 파일롯 신호를 수신하고, 파일롯 신호를 이용하여 각각의 송신 안테나별로 채널을 추정한다. 채널 추정을 통하여 얻어진 채널 추정치와 스위치드 빔의 형성을 위하여 미리 설정된 복수의 가중치 벡터를 이용하여, 상기 각각의 가중치 벡터에 기초한 수신 신호 대 잡음비를 계산하고, 계산된 복수의 수신 신호 대 잡음비 중 최대값에 대응하는 가중치 벡터를 검출한다. 그리고, 이동 단말은 검출된 가중치 벡터에 대응하는 식별자를 상기 기지국에 전송한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 송신 안테나로 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템을 구비하여 가입자 단말에 스위치드 빔을 제공하는 기지국 시스템이 제공된다. 이 기지국 시스템은 복수의 송신 안테나, 파일롯 신호 생 성부, 스위치드 빔 제어부, 스위치드 빔 식별자 수신부 및 기지국 제어부를 포함하며, 복수의 송신 안테나는 섹터 빔보다 좁은 지향성 빔을 제공한다. 파일롯 신호 생성부는 복수의 송신 안테나가 식별될 수 있도록 파일롯 신호를 생성하고, 스위치드 빔 제어부는 미리 정해진 가중치 벡터에 따라서 상기 지향성 빔을 제공하는 스위치드 빔을 생성하며, 스위치드 빔 식별자 수신부는 가입자 단말로부터 전송되는 스위치드 빔의 식별자 - 상기 가입자 단말이 선택한 가중치 벡터의 식별자 - 를 수신한다. 그리고, 기지국 제어부는 파일롯 신호를 섹터 빔을 통해 전송하고, 상기 스위치드 빔 식별자 수신부가 수신한 스위치드 빔 식별자 정보를 기초로 하여 상기 스위치드 빔 제어부가 스위치드 빔을 생성하도록 제어한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 송신 안테나로 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템이 구비된 기지국이 전송하는 스위치드 빔을 선택하는 단말이 제공된다. 이 단말은 채널 추정부, 가중치 벡터 저장부, 신호 대 잡음비 계산부 및 가중치 벡터 결정부를 포함한다. 채널 추정부는 수신된 파일롯 신호를 이용하여 기지국의 상기 복수의 송신 안테나별로 채널을 추정하고, 가중치 벡터 저장부는 섹터 빔과 상기 섹터 빔보다 좁은 지향성을 가진 스위치드 빔의 형성을 위한 복수의 가중치 벡터를 저장한다. 신호 대 잡음비 계산부는 채널 추정치와 상기 복수의 스위치드 빔의 가중치 벡터를 이용하여 수신 신호 대 잡음비를 계산하고, 가중치 벡터 결정부는 신호 대 잡음비 계산부가 계산한 신호 대 잡음비 중 최대값에 이용된 스위치드 빔의 가중치 벡터를 결정하고, 상기 결정된 가중치 벡터의 식별자를 기지국에 통보한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 빔 선택 방법 및 그 시스템에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에서 적용되는 섹터 빔을 형성하는 기지국의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 기지국의 송신 안테나는 섹터 셀에서 전방향으로 빔을 형성하는 가중치를 제공받는다.
기지국 송신 안테나 엘리먼트(T1, T2~ TN)는 섹터 내의 모든 이동 단말에 대하여 공통되는 신호를 전방향으로 형성하여 방사할 수 있도록 하기 위하여, 섹터 빔 형성을 위한 가중치 벡터(Womni,1....Womni, N)가 설정되어 운영된다.
가입자 단말의 수신 안테나(R)는 그 위치에 따라 각각의 안테나 엘리먼트로부터의 채널을 거쳐 전방향으로 방사되는 전술한 가중치 벡터를 기초로 형성된 섹 터 빔을 수신하게 된다.
도 3은 본 발명에서 적용되는 스위치드 빔포밍을 형성하는 기지국의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 기지국의 송신 안테나는 섹터 빔보다 좁은 지향성을 가진 스위치드 빔포밍을 위한 안테나 가중치를 제공받는다.
기지국 송신 안테나 엘리먼트(T1, T2~ TN)는 특정 단말에 지향성을 가진 빔을 방사할 수 있도록 하기 위하여, 각각의 기지국 송신 안테나 엘리먼트(T1, T2~ TN)에 대하여 미리 정해진 k개의 가중치 벡터(Wk,1....Wki, N)가 제공된다.
상기 섹터 빔을 형성하기 위한 가중치 벡터와 스위치드 빔포밍을 위한 가중치 벡터는 각각 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112005073391710-pat00001
상기 가중치 벡터의 개수는 빔포밍 방향에 따라 한정된 개수가 존재하며, 가입자 단말과 기지국이 특정한 하나의 가중치 벡터에 대한 식별자를 서로 공유하는 경우, 기지국은 해당 단말이 선택한 가중치 벡터의 식별자에 따라 단말에 지향성 빔을 제공할 수 있게 된다.
한편 섹터 내 모든 단말에 제공되는 파일롯 신호는 빔포밍을 사용하지 않고 도 2에 도시된 섹터빔을 이용하여 송출되며, 섹터 빔 형성을 위한 가중치 벡터는 기지국과 단말들에게 이미 알려진 값이다. 따라서, 가입자 단말은 지속적으로 기지국이 송출하는 공통 파일롯 신호를 이용하여 채널을 추정할 수 있게 된다. 기지국의 송신 안테나 수를 N, 단말의 수신 안테나 수를 1로 가정하면 단말이 수행한 채널 추정 결과는 1 x N으로서, 수학식 2와 같이 주어진다.
Figure 112005073391710-pat00002
따라서, 섹터 빔의 가중치를 제거한 채널 추정 결과는 수학식 3과 같다.
Figure 112005073391710-pat00003
여기서 hi는 i번째 송신 안테나 엘리먼트와 가입자 단말 사이의 채널을 의미한다. 한편, 스위치드 빔을 형성하기 위한 k개의 가중치 Wk는 미리 약속된 값이므로, 상기 채널 추정의 결과를 이용하여 가입자 단말은 가장 높은 수신 전력을 제공하는 스위치드 빔을 선택할 수 있게 된다.
즉, 안테나 엘리먼트(N)와 하향링크 스위치드 빔의 인덱스(k)에 형성되는 이동 가입자 단말의 수신 신호는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112005073391710-pat00004
여기서, r은 수신 신호, x는 송신 신호, n은 노이즈이다.
아래의 수학식 5는 가입자 단말의 순시 신호 대 잡음비(instantaneous SNR)를 나타낸다.
Figure 112005073391710-pat00005
즉, 채널 추정치와 미리 정해진 빔포밍 가중치 벡터를 이용하여, 가입자 단말은 평균 신호 대 잡음비 또는 순시 신호 대 잡음비가 최대인 빔을 수학식 6 및 수학식 7을 이용하여 선택할 수 있게 된다.
Figure 112005073391710-pat00006
Figure 112005073391710-pat00007
수학식 6은 평균 신호 대 잡음비가 최대인 경우의 스위치드 빔포밍을 위한 가중치 벡터를 찾기 위한 것이고, 수학식 7은 순시 신호 대 잡음비가 최대인 경우의 가중치 벡터를 구하기 위한 것이다.
한편,
Figure 112005073391710-pat00008
값을 구하기 위해서는 송신 안테나의 구분이 필요하며, 본 발명 의 실시예에서는 이를 위하여 파일롯 신호를 이용한다.
도 4는 싱글 캐리어 전송 방식이 이용되는 경우에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 파일롯 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 안테나 엘리먼트(T1, T2, T3, TN)는 시간이 겹치지 않도록 빔선택을 위한 파일롯을 전송한다. 즉, 안테나 엘리먼트(T1)가 파일롯을 전송하는 동안은 다른 안테나 엘리먼트는 파일롯을 전송하지 않는다.
따라서, 단말은 각각의 안테나 엘리먼트에 대한 채널 추정치를 얻을 수 있게 된다.
도 5는 멀티 캐리어 방식이 이용되는 경우에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 파일롯 구조를 도시한 도면이다.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM, orthogonal frequency division multiplexing)방식과 같은 멀티 캐리어 방식이 이용되는 경우에는 동일한 시간에 모든 기지국 안테나 엘리먼트가 같은 데이터를 송출한다. 여기서, 가입자 단말이 빔 번호를 선택할 수 있도록 하기 위하여, 기지국은 하향링크 신호의 특정 위치의 M개의 부반송파(f1, f2,f3....fM)를 사용한다. 기지국은 송신 안테나 엘리먼트의 구분을 위하여 길이가 M 인 N개의 직교코드 또는 랜덤 코드를 사용한다.
도 5에 도시된 OFDM 신호에서는 인접한 M 개의 부반송파가 송신 안테나 엘리먼트에 따라 다른 왈시코드를 송신하도록 할 수 있다. 안테나 엘리먼트(T1)는 인접한 M 개의 부반송파를 이용하여 길이가 M인 왈시코드 #1를 전송하고, 안테나 엘리먼트(TN)는 인접한 M 개의 부반송파를 이용하여 길이가 M인 왈시코드 #N을 전송 한다.
여기서, M의 크기가 크면 더욱 정확한 채널 추정이 가능하다. 송신 안테나 k 에 관련된 채널추정은 아래의 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112005073391710-pat00009
여기서, 첨자의 의미는 아래와 같다.
k 1…N (송신안테나 수) 사이에 존재하는 정수
i 1…M (송신안테나 구분을 위해 사용되는 인접 부반송파 수) 사이에 존재하는 정수
Figure 112005073391710-pat00010
k번째 송신안테나 구분을 위한 직교 코드의 i번째 값
Figure 112005073391710-pat00011
송신안테나 구분을 위해 할당된 i번째 부반송파 수신 신호
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 기지국(100)은 기지국 제어부(110), 디지털 신호 송수신부(120), 아날로그 송수신부(130), 파일롯 신호 생성부(140), 스위치드 빔 제어부(150) 및 스위치드 빔 식별자 수신부(160)를 포함한다.
또한, 기지국 식별자는 송신을 위한 복수의 안테나 엘리먼트(T1,T2....TN)와 수신 안테나(R)를 포함한다. 상기 송신 안테나 또는 수신 안테나는 도면에는 별개 의 구성요소로 도시되어 있으나 실제적으로 하나의 안테나로 구현되어 송, 수신 기능을 함께 구현할 수도 있다.
디지털 신호 송수신부(120)는 통신 방식 및 정책에 적합하게 소스 데이터를 송신 디지털 신호로 코딩하고, 수신 디지털 신호를 디코딩한다.
아날로그 신호 송수신부(130)는 통신 방식 및 정책에 적합하게 디지털 신호를 변조하여 아날로그 신호로 변환하거나, 수신된 아날로그 신호를 복조한다.
파일롯 신호 생성부(140)는 섹터 빔으로서 송신할 파일롯 신호를 생성한다. 전술한 바와 같이 상기 파일롯 신호는 싱글 캐리어의 경우에는 각각의 송신 안테나 엘리먼트(T1, T2, ....TN)가 시간적으로 서로 겹치지 않도록 배치하여 단말이 어느 안테나 엘리먼트로부터 파일롯 신호를 수신하였는지 식별 가능하도록 한다. 또한, OFDM 방식의 멀티 캐리어 방식에서는 인접한 M개의 부반송파에 각각의 안테나 엘리먼트에 대응하는 왈시코드 또는 랜덤 코드를 사용하여 전송함으로써 단말이 어느 안테나 엘리먼트로부터 파일롯 신호를 수신하였는지 식별 가능하도록 한다.
스위치드 빔 제어부(150)는 복수의 송신 안테나 엘리먼트(T1, T2...TN)를 통한 빔의 송신 여부 및 가중치 벡터를 결정한다. 상기 가중치 벡터는 앞서 설명했듯이 섹터 빔 형성을 위한 가중치 벡터와 지향성 빔포밍을 위한 가중치 벡터를 포함한다.
스위치드 빔 식별자 수신부(160)는 단말이 수신 안테나(R)로 피드백시킨 스위치드 빔 식별자를 수신하여, 기지국 제어부(110)에 통보한다. 여기서, 스위치드 빔 식별자는 전술한 채널 추정과 최대 신호 대 잡음비 계산에 의해 단말에 최대 수 신 전력을 제공하는 스위치드 빔에 관한 가중치 벡터 정보이다.
기지국 제어부(110)는 디지털 신호 송수신부(120), 아날로그 신호 송수신부(130)의 일련의 동작을 제어하며, 스위치드 빔 식별자 수신부(160)를 통해 피드백된 가중치 벡터를 이용하여 스위치드 빔 제어부(150)가 최적의 지향성 빔 포밍을 할 수 있도록 제어한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수신 단말의 구성을 도시한 블록도이다.
이동 단말(200)은 채널 추정부(210), 가중치 벡터 저장부(220), SNR 계산부(230), 가중치 벡터 결정부(250), 단말 제어부(240)를 포함한다.
채널 추정부(210)는 수신 안테나(Ra)로부터 수신된 파일롯 신호를 이용하여, 각각의 기지국 안테나 엘리먼트로부터의 채널을 추정한다. 파일롯 신호는 전방향성 섹터 빔을 통해 단말에 전송되고, 단말은 가중치 벡터 저장부(220)에 저장된 섹터 빔의 가중치 벡터 값을 이용하여 각각의 안테나 엘리먼트에 대한 채널 추정치를 구하게 된다.
SNR 계산부(230)는 상기 채널 추정치를 이용하여 수학식 6 및 수학식 7과 같이 수신 신호 대 잡음비를 계산한다. 여기서, 가중치 벡터 저장부에는 스위치드 빔에 대응하는 가중치 벡터(Wk)가 저장되어 있으며, 상기 가중치 벡터는 기지국과 가입자 단말이 이미 알고 있는 값이다.
SNR 계산부(230)는 추정된 채널과 가중치 벡터(Wk)를 이용하여 최대 신호 대 잡음비를 결정하면, 단말 제어부(240)는 이에 대응하는 가중치 벡터를 가중치 벡터 결정부(250)에 전송하고, 가중치 벡터 결정부(250)는 상기 가중치 벡터에 대응하는 가중치 벡터의 식별자, 즉 스위치드 빔 식별자를 송신 안테나(Ta)를 통해 기지국에 전송한다.
전술한 시스템에서와 같이, 본 발명의 실시예에서 스위치드 빔의 가중치 벡터는 가입자 단말이 결정하여 피드백함으로써, 기지국은 상향링크 신호의 도래각의 측정 또는 이에 적합한 가중치 벡터를 산출하기 위한 연산 등을 수행하지 않는다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 빔 선택 방법을 도시한 흐름도이다.
단계(S100)에서, 기지국의 송신 안테나는 송신 안테나 엘리먼트를 식별할 수 있도록 송신 안테나 파일롯 신호를 수신 단말에 전송한다. 상기 파일롯 신호는 섹터 빔의 가중치 벡터를 가지고 송신 안테나가 식별할 수 있도록 싱글 캐리어 또는 멀티 캐리어를 통해서 전송된다. 싱글 캐리어 전송인 경우에는 상기 파일롯 신호는 안테나 엘리먼트가 시간적으로 식별될 수 있도록 전송될 수 있다. 멀티 캐리어 전송인 경우에는 파일롯 신호는 인접하는 부반송파에 안테나 엘리먼트가 왈시코드나 랜덤코드에 식별될 수 있도록 전송될 수 있다.
파일롯 신호를 수신한 단말은 파일롯 신호를 이용하여 채널 추정을 수행한다(S120). 전술한 바와 같이, 파일롯 채널은 전방향성 섹터 빔을 통해 전송되기 때문에 섹터 빔의 가중치 벡터를 고려하여, 채널의 추정치를 얻을 수 있다. 파일롯 신호를 이용한 채널 추정의 알고리즘은 이미 많이 소개되어 있으며, 당업자는 통신 방식에 따라서 채널 추정 알고리즘 중 하나를 선택할 수 있다.
단계(S130)에서는 모든 송신 안테나 엘리먼트로부터의 채널 추정이 완료되었는지 판단하여, 모든 송신 안테나 엘리먼트로부터의 파일롯 신호를 수신할 때까지 채널 추정을 반복한다.
모든 송신 안테나 엘리먼트로부터의 채널에 대한 추정치가 계산되면, 상기 채널 추정치와 스위치드 빔포밍을 위하여 미리 설정되어 있는 복수의 가중치 벡터들을 수학식 6에 적용하여, 복수의 스위치드 빔포밍 가중치 벡터 각각에 대하여 신호 대 잡음비를 측정한다(S140). 신호 대 잡음비의 측정을 위하여 사용되는 스위치드 빔포밍을 위한 가중치 벡터는 기지국과 가입자 단말이 미리 알고 있는 값이므로 가입자 단말은 상기 스위치드 빔의 가중치 벡터를 이용하여 신호 대 잡음비를 측정할 수 있다.
단계(S150)에서는, 각각의 스위치드 빔포밍 가중치 벡터에 대한 신호 대 잡음비의 측정값 중 최대값을 결정하고, 최대의 신호 대 잡음비에 대응하는 가중치 벡터를 검출하여, 이에 대한 식별자를 단말 식별자와 함께 기지국에 통보한다. 즉, 가입자 단말은 최대의 수신 전력을 제공하는 가중치 벡터 값을 기지국에 피드백하여, 가입자 단말이 스위치 빔 선택의 주체가 된다.
상기 스위치드 빔의 가중치 벡터의 개수는 한정되어 있으므로, 이는 비교적 작은 비트의 식별자로서 표현되어 전송될 수 있다.
상기 가중치 벡터의 식별자를 수신한 기지국은 상기 가중치 식별자에 대응하여 스위치드 빔을 선택하여, 다음 피드백 주기까지 가입자 단말에 지향성 빔포밍을 수행하게 된다(S160).
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전술한 본 발명의 구성에 의하여, 가입자 단말이 주체가 되어 스위치드 빔을 선택함으로써, 도래각 측정을 위한 상향링크 자원과 기지국의 연산 부하가 절감된다.
그리고, 상향링크와 하향링크의 주파수 밴드가 이격됨에 의해 발생하는 오차를 제거하여 최적의 스위치드 빔을 선택할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 하향링크 공통 파일롯 신호를 이용하므로 기지국은 도래각 측정을 위한 상향링크 무선 자원을 절감할 수 있으며, 단말은 최대 수신 전력을 제공하는 최적의 스위치드 빔을 선택할 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 송신 안테나로 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템이 구비된 기지국의 섹터 영역 내에 위치하는 가입자 단말의 스위치드 빔 선택 방법에 있어서,
    상기 복수의 안테나를 식별할 수 있도록 생성되어 섹터 빔을 통해 상기 기지국으로부터 전송되는 파일롯 신호를 수신하는 단계;
    상기 파일롯 신호를 이용하여 각각의 송신 안테나별로 채널을 추정하는 단계;
    상기 채널 추정을 통하여 얻어진 채널 추정치와 스위치드 빔의 형성을 위하여 미리 설정된 복수의 가중치 벡터를 이용하여, 상기 각각의 가중치 벡터에 기초한 수신 신호 대 잡음비를 계산하는 단계;
    상기 계산된 복수의 수신 신호 대 잡음비 중 최대값에 대응하는 가중치 벡터를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 가중치 벡터에 대응하는 식별자를 상기 기지국에 전송하는 단계
    를 포함하는 스위치드 빔 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 싱글 캐리어 전송 방식으로 운용되는 경우에는,
    상기 각각의 송신 안테나에 대한 상기 파일롯 신호는 송신 안테나별로 시간을 달리하여 전송되는 스위치드 빔 선택 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 멀티 캐리어 전송 방식으로 운용되는 경우에는
    상기 각각의 송신 안테나에 대한 상기 파일롯 신호는 할당된 부반송파에 송신 안테나별로 코드를 다르게 할당하여 전송되는 스위치드 빔 선택 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각각의 송신 안테나에 대하여 할당되는 코드는 왈시코드 또는 랜덤 코드인 스위치드 빔 선택 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    채널 추정 단계는,
    섹터 빔에 할당된 전방향성 가중치 벡터의 영향을 제거하는 단계를 포함하는 스위치드 빔 선택 방법.
  6. 복수의 송신 안테나로 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템을 구비하여 가입자 단말에 스위치드 빔을 제공하는 기지국 시스템에 있어서,
    섹터 빔보다 좁은 지향성 빔을 제공하는 복수의 송신 안테나;
    상기 복수의 송신 안테나가 식별될 수 있도록 파일롯 신호를 생성하는 파일롯 신호 생성부;
    미리 정해진 가중치 벡터에 따라서 상기 지향성 빔을 제공하는 스위치드 빔을 생성하는 스위치드 빔 제어부;
    상기 가입자 단말로부터 전송되는 스위치드 빔의 식별자 - 상기 가입자 단말이 선택한 가중치 벡터의 식별자 - 를 수신하는 스위치드 빔 식별자 수신부; 및
    상기 파일롯 신호를 섹터 빔을 통해 전송하고, 상기 스위치드 빔 식별자 수신부가 수신한 스위치드 빔 식별자 정보를 기초로 하여 상기 스위치드 빔 제어부가 스위치드 빔을 생성하도록 제어하는 기지국 제어부
    를 포함하는 기지국 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    디지털 신호를 코딩/디코딩하는 디지털 송수신부; 및
    상기 디지털 신호를 아날로그 변조하거나, 수신된 아날로그 신호를 복조하는 아날로그 신호 송수신부를 더 포함하는 기지국 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 송수신부 및 아날로그 송수신부는 직교 주파수 분할 다중화 방식을 채용하며,
    상기 파일롯 신호는 인접한 부반송파에 송신 안테나를 식별할 수 있는 코드가 할당되어 전송되는 기지국 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 송수신부 및 아날로그 송수신부는 싱글 캐리어 방식을 채용하며, 상기 파일롯 신호는 송신 안테나를 식별할 수 있는 시간 구간이 할당되어 전송되는 기지국 시스템.
  10. 복수의 송신 안테나로 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템이 구비된 기지국이 전송하는 스위치드 빔을 선택하는 단말에 있어서,
    수신된 파일롯 신호를 이용하여 기지국의 상기 복수의 송신 안테나별로 채널을 추정하는 채널 추정부;
    섹터 빔과 상기 섹터 빔보다 좁은 지향성을 가진 스위치드 빔의 형성을 위한 복수의 가중치 벡터를 저장하고 있는 가중치 벡터 저장부;
    상기 채널 추정치와 상기 복수의 스위치드 빔의 가중치 벡터를 이용하여 수신 신호 대 잡음비를 계산하는 신호 대 잡음비 계산부; 및
    상기 계산된 신호 대 잡음비 중 최대값에 이용된 스위치드 빔의 가중치 벡터를 결정하고, 상기 결정된 가중치 벡터의 식별자를 기지국에 통보하는 가중치 벡터 결정부
    를 포함하는 단말.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 채널 추정부는 가중치 벡터에 저장된 섹터 빔의 가중치 벡터를 이용하여 채널 추정치에서 섹터 빔의 가중치 벡터의 영향을 제거하는 단말.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스위치드 빔의 가중치 벡터의 식별자 정보는 기지국과 서로 공유되는 단말.
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