KR100749448B1 - 최대 수신 전력을 이용하는 스위치드 빔 선택 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단말에 최대의 수신 전력을 제공하는 스위치드 빔 선택 방법 및 시스템에 관한 것이다.
복수의 송신 안테나로 복수의 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템을 구비하고, 단일 반송파 전송 방식으로 운용되는 기지국의 커버리지 영역 내에 위치하는 가입자 단말의 스위치드 빔 선택 방법이 제공된다. 단말은 상기 복수의 스위치드 빔 각각에 대하여 할당된 복수의 빔 식별 심볼이 미리 설정된 시간 슬롯에 삽입되어, 상기 빔 식별 심볼이 나타내는 스위치드 빔을 통하여 전송되는 하향링크 신호를 수신하고, 수신한 복수의 빔 식별 심볼의 수신 전력을 측정한다. 그리고 측정된 수신 전력 중 최대의 수신 전력을 갖는 빔 식별 심볼을 선택하고, 상기 선택된 빔 식별 심볼이 삽입된 위치를 기초로 하여 해당 스위치드 빔을 상기 기지국과의 통신을 위한 스위치드 빔으로 선택하여, 선택된 스위치드 빔의 빔 식별 심볼의 위치 정보를 기지국에 전송한다.
스위치드 빔, 빔 식별 심볼, 피드백 채널

Description

최대 수신 전력을 이용하는 스위치드 빔 선택 방법 {METHOD AND SYSTEM FOR SELECTING SWITCHED BEAM USING MAXIMUM RECEIVED POWER}
도 1은 스위치드 빔의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스위치드 빔을 형성하는 기지국을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 빔 선택을 위한 하향링크 신호에 의하여 전송되는 빔 식별 심볼이 포함된 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 하향링크 신호가 기지국의 안테나를 통하여 전송되는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 빔 선택을 위한 하향링크 신호에 의하여 전송되는 빔 식별 심볼이 포함된 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 하향링크 신호가 기지국의 안테나를 통하여 전송되는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국을 나타낸 블록도이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 빔 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 최대 수신 전력을 이용하는 스위치드 빔 선택 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 하향링크 신호에 삽입된 스위치드 빔 식별자의 수신 전력을 기초로 하여 최적의 스위치드 빔을 선택하는 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서는 이동 단말(mobile terminal)과 기지국(base station) 사이의 통신 링크의 신호 대 잡음비를 증가시키고 간섭을 감소시키기 위하여 스마트 안테나 시스템과 같은 지향성 안테나 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 스마트 안테나 시스템을 사용하게 되면 다중 경로 페이딩(multipath fading)에 대한 저항을 제공할 수 있다.
스마트 안테나 시스템은 안테나 소자 어레이와 신호 대 잡음비를 증가시키고 신호의 간섭을 감소시키도록 안테나 처리 방식을 결정하는 기구를 포함하며, 빔포밍(beamforming) 방식에 따라서 크게 두 종류로 분류될 수 있다. 하나는 안테나의 패턴이 고정된 상태에서 복수의 고정 빔을 형성하는 스위치드 빔(switched beam) 방식이고, 다른 하나는 안테나의 패턴이 시간, 주위 환경에 따라 변화되어 빔을 형성하는 적응 빔(adaptive beam) 방식이다.
도 1은 스위치드 빔포밍을 이용하는 방식의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
스위치드 빔포밍 기술은 이동 단말에게 최대의 수신 전력을 제공하기 위하여 복수의 안테나 엘리먼트(antenna element)에 대한 가중치(weight)를 다르게 설정하여 이동 단말의 방향으로 지향성 빔을 제공하는 것이다. 스위치드 빔포밍 방식의 스마트 안테나 시스템에서, 기지국은 미리 설정된 복수 개의 빔 패턴을 보유하고 있으며, 이들 복수의 빔 패턴은 기지국의 안테나 엘리먼트들에 대한 가중치 벡터의 형태로 정의될 수 있다. 그리고, 기지국은 가입자 단말(200)의 방향으로 최적의 빔을 형성하여 방사한다.
기지국(100)은 섹터 별로 복수의 안테나 엘리먼트(101~103)를 포함하고 있으며, 가입자의 이동 단말(200)은 섹터 내에서 이동하면서 기지국(100)과 트래픽 데이터를 송수신한다. 이때, 기지국은 가입자의 이동 단말(200)에 최대의 수신 전력을 제공하기 위하여, 안테나 엘리먼트(101~103)에 각각 다른 가중치를 주어 이동 단말(200)의 방향으로 최적의 빔을 형성한다. 여기서, 빔포밍의 방향에 따른 안테나 엘리먼트에 대한 가중치 벡터는 미리 설정된 복수의 빔 패턴에 의하여 결정된다.
따라서, 스위치드 빔포밍 기술을 사용할 경우 섹터 안테나보다 폭이 좁은 지향성 빔을 이용하므로 빔포밍 이득 및 동일 채널 간섭(co-channel interference)을 줄일 수 있어 시스템의 성능 개선이 가능하다.
한편, 종래의 복수의 안테나를 이용하는 스위치드 빔포밍 기술에서는 기지국이 가입자의 이동 단말에 대한 최적의 빔 패턴을 결정한다. 기지국은 미리 한정된 개수의 빔포밍을 위한 가중치 벡터를 준비하고, 가입자의 이동 단말로부터 전송되는 상향링크 신호를 이용하여 상기 상향링크 신호가 기지국에 도래하는 방향 즉, 도래각(DOA, direction of arrival)을 측정한다. 그리고 기지국은 측정된 도래각을 기초로 하여 특정한 이동 단말과의 데이터 전송에 있어서 가장 적합한 스위치드 빔을 결정하고, 이를 이용하여 사용자 트래픽을 전송한다.
그러나 기지국이 특정 단말로부터 송출되는 신호의 도래각을 측정하기 위해서는 간헐적이지만 지속적으로 상향링크 신호가 유지되어야 하므로, 자원 낭비가 필연적이다. 더욱이, 기지국이 도래각을 측정할 수 있도록 해당 단말에 상향링크 자원을 할당하는 절차가 수반되어야 한다.
또한, 스위치드 빔 선택의 주체가 기지국이므로, 기지국의 데이터 처리 부하가 커지며, 정확한 도래각의 측정을 위하여 기지국의 커버리지 영역 내에 위치하는 각각의 단말에 대하여 상당한 길이의 상향링크 신호가 할당되어야 한다. 주파수 분할 다중 접속(FDD, frequency division duplexing) 방식의 통신 시스템에서는 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 빔 선택의 주체가 되어 기지국의 부하를 줄이며 주파수 이격에 의한 오차를 줄일 수 있는 스위치드 빔 선택 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 하향링크 신호를 이용하여 스위치드 빔을 선택함으로써, 도래각 측정에 이용되는 상향링크 무선 자원을 절감할 수 있는 스위치드 빔 선택 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 복수의 송신 안테나로 복수의 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템을 구비하고, 단일 반송파 전송 방식으로 운용되는 기지국의 커버리지 영역 내에 위치하는 가입자 단말의 스위치드 빔 선택 방법이 제공된다. 먼저, 가입자 단말은 복수의 스위치드 빔 각각에 대하여 할당된 복수의 빔 식별 심볼이 미리 설정된 시간 슬롯에 삽입되어, 상기 빔 식별 심볼이 나타내는 스위치드 빔을 통하여 전송되는 하향링크 신호를 수신하여, 수신한 복수의 빔 식별 심볼의 수신 전력을 측정한다. 그리고 가입자 단말은 측정된 수신 전력 중 최대의 수신 전력을 갖는 빔 식별 심볼을 선택하고, 상기 선택된 빔 식별 심볼이 삽입된 위치를 기초로 하여 해당 스위치드 빔을 상기 기지국과의 통신을 위한 스위치드 빔으로 선택하여, 선택된 스위치드 빔의 빔 식별 심볼의 위치 정보를 기지국에 전송한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 송신 안테나로 복수의 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템을 구비하고, 다중 반송파 전송 방식으로 운용되는 기지국의 커버리지 영역 내에 위치하는 가입자 단말의 스위치드 빔 선택 방법이 제공된다. 먼저, 가입자 단말은 복수의 스위치드 빔 각각에 대하여 복수의 인접한 부반송파로 이루어진 부반송파 그룹을 할당하여, 상기 부반송파 그룹을 상기 할당된 스위치드 빔을 이용하여 전송되는 하향링크 신호를 수신하고, 수신한 하향링크 신호 중 상기 복수의 부반송파 그룹의 수신 전력을 측정한다. 그리고 측정된 수신 전력 중 최대의 수신 전력을 갖는 부반송파 그룹을 선택하고, 상기 선택된 부반송파 그룹이 나타내는 스위치드 빔을 상기 기지국과의 통신을 위한 스위치드 빔으로 선택하여, 선택된 부반송파 그룹의 위치 정보를 기지국으로 전송한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 송신 안테나로 복수의 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템을 구비하여 가입자 단말에 스위치드 빔을 제공하는 기지국이 제공된다. 기지국은 상기 복수의 스위치드 빔 각각에 대하여 할당된 빔 식별 심볼을 하향링크 신호에 삽입하는 빔 식별 심볼 삽입부, 상기 빔 식별 심볼 삽입부로부터 전송된 하향링크 신호를 코딩/디코딩하는 디지털 신호 송수신부, 상기 디지털 신호를 아날로그 변조하거나, 수신된 아날로그 신호를 복조하는 아날로그 신호 송수신부, 상기 복수의 송신 안테나를 통한 스위치드 빔의 형성을 제어하는 스위치드 빔 제어부, 상기 가입자 단말로부터 전송되는 스위치드 빔 정보를 수신하여 상기 가입자 단말과의 통신을 위한 스위치드 빔을 선택하는 빔 식별자 수신부, 및 상기 빔 식별 심볼을 하향링크 신호에 삽입하도록 제어하고, 상기 스위치드 빔 식별자 수신부로부터 수신한 식별자 정보를 기초로 하여 상기 스위치드 빔 제어부의 스위치드 빔 형성을 제어하는 기지국 제어부를 포함한다.
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 도면을 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 하향링크 신호를 이용한 스위치드 빔 선택 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 스위치드 빔을 형성하여 가입자의 이동 단말로 송신하는 기지국을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 기지국은 복수의 송신 안테나를 이용하여 스위치드 빔을 형성하는 스마트 안테나 시스템을 포함한다. 이들 복수의 송신 안테나를 이용하여 스위치드 빔을 송신하기 위하여, 기지국(100)은 각각의 안테나 엘리먼트(T1~TN)에 대하여 할당된 가중치로 구성되는 미리 설정된 복수 개의 가중치 벡터(Wk)를 포함한다. 즉, 기지국이 복수의 송신 안테나를 통하여 형성할 수 있는 스위치드 빔 패턴은 안테나 엘리먼트들에 대한 가중치 벡터의 형태로 정의되며, 이들 가중치 벡터는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 그리고 이들 가중치 벡터 각각에 대해서는 식별자가 할당되며, 복수의 가중치 벡터에 대하여 할당된 식별자 정보는 기지국과 기지국의 커버리지 영역 내에 위치하는 복수의 이동 단말에 의하여 공유된다.
Figure 112006015163107-pat00001
상기 가중치 벡터의 개수는 빔포밍 방향에 따라 한정된 개수가 존재하며, 가입자의 이동 단말(200)과 기지국(100)이 가중치 벡터에 대한 식별자들을 서로 공유하는 경우, 기지국(100)은 해당 단말이 선택한 가중치 벡터의 식별자에 기초하여 이동 단말(200)에 지향성 빔을 제공할 수 있게 된다. 기지국(100)은 이들 가중치 벡터에 대한 식별자를 부호화한 심볼 데이터(이하, "빔 식별 심볼(beam identification symbol)"이라 함)를 하향링크 신호에 삽입하여 커버리지 영역 내의 이동 단말(200)들에게 전송한다. 그리고 기지국으로부터 송신된 복수의 스위치드 빔을 수신한 이동 단말(200)은 각각의 스위치드 빔에 삽입되어 있는 빔 식별 심볼의 수신 전력을 측정함으로써, 최대의 수신 전력을 갖는 스위치드 빔을 판단하고, 해당 빔을 나타내는 식별자를 추출하여 기지국(100)으로 피드백함으로써, 기지국으로부터 각 이동 단말(200)에 적합한 스위치드 빔을 제공받을 수 있다.
이하, 본 발명의 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 스위치드 빔포밍을 위한 가중치 벡터를 "가중치 벡터"로 기재한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 빔 선택을 위한 하향링크 신호에 의하여 전송되는 빔 식별 심볼(beam identification symbol)이 포함된 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 하향링크 신호는 기지국이 단일 반송파(single carrier) 방식을 채택하고 있는 경우의 프레임 구조이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 기지국(100)은 복수의 가중치 벡터를 이용하여 형성할 수 있는 스위치드 빔 패턴을 식별하기 위한 빔 식별 심볼을 하향링크 신호에 삽입하여 전송한다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 스위치드 빔에 할당된 식별자는 빔 식별 심볼로서 하향링크 신호에 삽입되어 송신된다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이 제1 스위치드 빔을 나타내는 빔 식별 심볼(#1)은 하향링크 신호 중 미리 정해진 시간 구간에 삽입되고, 이 하향링크 신호는 제1 스위치드 빔을 이용하여 전송된다. 마찬가지로, 제2 스위치드 빔을 나타내는 빔 식별 심볼(#2)은 하향링크 신호 중 미리 정해진 시간 구간에 삽입되고, 이 신호는 제2 스위치드 빔을 이용하여 송신된다.
즉, 기지국(100)은 스위치드 빔을 식별하기 위한 빔 식별 심볼을 각각의 스위치드 빔에 대하여 할당된 특정한 시간 구간에 삽입하여, 각각의 스위치드 빔을 이용하여 커버리지 영역 내의 모든 이동 단말(100)에 전송한다. 그리고, 이와 같은 하향링크 신호를 수신한 이동 단말(200)은 빔 식별 심볼의 삽입 구간을 판별함으로써, 스위치드 빔을 식별할 수 있다.
기지국(100)은 이와 같은 방식으로 주기적으로 각각의 스위치드 빔을 나타내는 빔 식별 심볼이 포함된 하향링크 신호를 해당 스위치드 빔을 통하여 송출한다. 이러한 하향링크 신호를 수신한 가입자의 이동 단말(200)은 모든 스위치드 빔에 대한 수신 전력을 측정하여 최대의 수신 전력을 갖는 스위치드 빔 패턴을 결정하고, 선택된 스위치드 빔에 할당된 식별자를 추출하여 이를 피드백 채널을 통하여 기지국(100)으로 전송한다. 기지국(100)이 생성할 수 있는 스위치드 빔 패턴의 개수는 미리 정해져 있으며, 이동 단말(200)과 기지국이 이들 스위치드 빔에 대한 동일한 식별자 정보를 서로 공유하는 경우에 기지국(100)은 피드백된 식별자 정보를 기초로 하여 해당되는 가중치 벡터를 추출하고 이를 이용하여 각각의 이동 단말(200)에 가장 적합한 스위치드 빔을 형성하여 제공한다. 가입자의 이동 단말(200)은 하향링크 신호의 수신 전력을 반복하여 측정함으로써, 자신에게 적합한 스위치드 빔을 선택하고, 스위치드 빔의 선택 결과를 기지국에 통보하여 단말에 대한 지향성이 가장 높은 스위치드 빔을 통한 통신이 가능하게 된다.
도 4는 도 3에 나타낸 하향링크 신호가 기지국의 안테나를 통하여 전송되는 방법을 나타낸 도면이다. 기지국의 안테나 엘리먼트(T1~TN)는 복수의 스위치드 빔 각각에 대하여 대응하는 빔 식별 심볼이 삽입된 하향링크 신호를 전송하게 된다. 도 3에 나타낸 바와 같은 하향링크 신호를 수신한 이동 단말(200)은 상기 각각의 스위치드 빔에 대한 수신 전력을 측정하고, 최대의 수신 전력을 갖는 스위치드 빔에 포함된 빔 식별 심볼이 나타내는 빔 식별자를 추출하여, 이를 기지국에 피드백 채널을 통해 통보한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 각각의 이동 단말(200)에 가장 적합한 스위치드 빔의 선택을 위한 데이터 처리 과정은 각각의 단말(200)에서 분산되어 이루어지며, 기지국(100)은 단지 피드백 채널을 통해 수신된 스위치드 빔의 식별자에 대응하는 스위치드 빔을 형성함으로써, 각각의 이동 단말(200)에 대하여 최적의 스위치드 빔을 이용하여 트래픽 데이터를 송신할 수 있다. 이를 통하여, 기지국의 데이터 처리 부하가 감소하여 자원의 효율적인 이용이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 빔 선택을 위한 하향링크 신호에 의하여 전송되는 빔 식별 심볼이 포함된 프레임 구조를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 나타낸 하향링크 신호가 기지국의 안테나를 통하여 전송되는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5에 나타낸 하향링크 신호는 기지국이 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDM, orthogonal frequency division multiplexing) 시스템과 같은 다수 반송파(multicarrier) 방식을 채택하고 있는 경우의 프레임 구조이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 기지국(100)은 스위치드 빔 선택을 위한 프리앰블(switched beam selection preamble, 이하, "프리앰블"이라 함)을 하향링크 신호에 삽입하여 전송한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 프리앰블은 인접한 부반송파들의 집합인 복수의 밴드를 포함하며, 이들 밴드는 다시 인접한 부반송파들의 그룹으로 분할될 수 있다. 이때, 각각의 밴드가 기지국(100)이 형성하는 복수의 스위치드 빔에 대하여 할당될 수 있으며, 각 밴드 내의 부반송파 그룹 각각을 스위치드 빔과 매칭시킬 수 있다. 도 5의 프리앰블은 이동 단말(200)이 직접 최적의 지향성을 갖는 스위치드 빔을 선택하여, 그 선택 결과를 기지국(100)에 통보할 수 있도록 하기 위하여 정의된 하향링크 신호를 나타낸 것이다. 여기서, 각각의 스위치드 빔에 매칭된 부반송파 그룹 또는 밴드는 해당 빔에 대한 식별자로서 기능할 수 있으며, 기지국(100)은 별도의 식별자를 각각의 부반송파 그룹 또는 밴드에 할당할 수 있다. 이와 같이 스위치드 빔에 대하여 할당된 부반송파 그룹의 프리앰블 내의 위치 정보는 기지국(100)과 이동 단말(200)이 공유한다. 기지국(100)은 이와 같이 구성된 OFDM 신호를 단일 반송파 전송 방식의 경우와 마찬가지로, 각각의 스위치드 빔을 나타내는 부반송파 그룹을 각각의 스위치드 빔을 이용하여 기지국(100)의 커버리지 영역 내에 존재하는 모든 이동 단말(200)로 전송한다.
이때, 도 6에 나타낸 바와 같이 송신 안테나 엘리먼트(T1~TN)에서 전송되는 스위치드 빔(B1a, …, Bka)을 통하여 빔 식별 심볼이 포함된 하향링크 신호가 이동 단말(200)로 전송된다. 가입자의 이동 단말(200)은 특정 스위치드 빔에 의해 송신된 OFDM 심볼에 포함된 빔 식별 심볼을 이용하여 최적의 스위치드 빔을 선택할 수 있다. 즉, 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 스위치드 빔(B1a)를 통하여 제1 스위치드 빔에 대하여 할당된 부반송파 그룹이 전송되고, 제K 스위치드 빔에 대해서도 동일한 방식으로 프리앰블의 전송이 이루어진다. 가입자의 이동 단말(200)은 특정 스위치드 빔에 의해 송신된 OFDM 심볼에 포함된 빔 식별 심볼을 이용하여 최적의 스위치드 빔을 선택할 수 있다.
도 5에 나타낸 하향링크 신호를 수신한 이동 단말(200)은 각 부반송파 그룹별로 수신 전력을 측정한다. 여기서, 부반송파 그룹별 수신 전력은 각 밴드에서 해당 그룹에 속한 부반송파들의 수신 전력의 합을 의미한다. 이와 같은 방법으로 이동 단말(200)이 최대의 수신 전력을 갖는 부반송파 그룹이 속한 밴드를 찾으면 단말(200)은 가장 적합한 스위치드 빔 및 이에 해당되는 부반송파 그룹 또는 밴드를 찾을 수 있다. 기지국(100)이 생성하는 스위치드 빔 중 가장 지향성이 높은 스위치드 빔을 선택한 이동 단말(200)은 해당 스위치드 빔에 대하여 할당된 부반송파 그룹 또는 밴드의 프리앰블 내의 위치 정보를 판별하여, 그 결과를 기지국(100)으 로 전송한다. 이를 수신한 기지국(100)은 커버리지 영역 내의 이동 단말(200)에 대한 자원 할당시 이를 참조하여, 높은 지향성을 갖는 스위치드 빔을 이용하여 통신을 수행한다.
이동 단말(200)은 하향링크 신호에 포함된 프리앰블을 기초로 하여 수신 전력을 측정하므로, 프리앰블을 변조하는 데이터는 첨두 전력 대 평균 전력 비(PAPR, peak to average power ratio)를 작게 하는 어떠한 패턴도 사용할 수 있다. 이때, 부반송파 그룹별 수신 전력은 부반송파 수신 전력의 합으로 나타낼 수 있으며, 아래의 수학식 2를 이용하여 얻을 수 있다.
Figure 112006015163107-pat00002
여기서,
Figure 112006015163107-pat00003
는 k번째 스위치드 빔의 수신 전력을,
Figure 112006015163107-pat00004
은 k번째 스위치드 빔을 통하여 수신한 l번째 부반송파의 수신 전력, L은 k번째 스위치드 빔에 대하여 할당된 부반송파의 수를 의미한다. 수학식 2를 이용하여 모든 스위치드 빔에 대한 수신 전력을 측정한 이동 단말(200)은 아래의 수학식 3을 이용하여 최대의 수신 전력을 갖는 스위치드 빔을 나타내는 식별자를 추출한다.
Figure 112006015163107-pat00005
위의 수학식 3을 이용하여, 최대의 수신 전력을 갖는 스위치드 빔에 대한 식 별자를 추출한 이동 단말(200)은 OFDM 신호의 특정 부반송파 또는 부반송파 그룹에 포함된 빔 식별 심볼을 이용하여 가장 최대의 수신 전력을 제공하는 스위치드 빔을 선택한 후, 이에 대응하는 식별자를 피드백 채널을 통해 기지국(100)에 통보한다.빔 식별자를 수신한 기지국(100)은 해당하는 스위치드 빔을 형성하여 이동 단말(200)에 대한 통신 서비스를 제공한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국을 나타낸 블록도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기지국(100)은 기지국 제어부(110), 빔 식별 심볼 삽입부(120), 디지털 신호 송수신부(130), 아날로그 송수신부(140), 스위치드 빔 제어부(150) 및 빔 식별자 검색부(160)를 포함한다. 또한, 기지국(100)은 송신을 위한 복수의 안테나 엘리먼트(T1~TN)와 수신 안테나(R)를 포함한다. 도 7에는 송신 안테나 또는 수신 안테나는 별개의 구성 요소인 것으로 도시되어 있으나, 하나의 안테나로 구현되어 송, 수신 기능을 동시에 구현할 수도 있다.
빔 식별 심볼 삽입부(120)는 기지국(100)이 생성할 수 있는 스위치드 빔 패턴에 대하여 할당되어 있는 식별자를 나타내는 빔 식별 심볼을 데이터 프레임에 삽입하여 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같은 하향 링크 신호가 생성될 수 있도록 한다. 빔 식별 심볼의 삽입 방법은 기지국(100)이 지원하는 통신 시스템에 따라서 달라질 수 있다.
디지털 신호 송수신부(130)는 통신 방식 및 정책에 적합하게 소스 데이터를 송신 디지털 신호로 코딩하고, 수신 디지털 신호를 디코딩한다.
아날로그 신호 송수신부(140)는 통신 방식 및 정책에 적합하게 디지털 신호를 변조한다.
스위치드 빔 제어부(150)는 복수의 송신 안테나 엘리먼트(T1~TN)를 통한 데이터의 전송 여부 즉, 스위치드 빔의 형성 여부 및 스위치드 빔 형성을 위한 가중치 벡터를 결정한다. 스위치드 빔 제어부(150)는 미리 정해진 스위치드 빔 중에서 이동 단말(200)이 선택한 최적의 스위치드 빔을 형성할 수 있도록 송신 안테나 엘리먼트(T1~TN)들을 제어한다.
빔 식별자 검색부(160)는 이동 단말(200)이 수신 안테나(R)로 피드백시킨 스위치드 빔 식별자를 수신하여, 이에 적합한 스위치드 빔을 검색하고, 기지국 제어부(110)에 통보한다. 여기서, 스위치드 빔 식별자는 수신 단말에 최대 수신 전력을 제공하는 스위치드 빔에 관한 가중치 벡터 정보가 될 수 있다.
기지국 제어부(110)는 디지털 신호 송수신부(130), 아날로그 신호 송수신부(140)의 일련의 동작을 제어하며, 빔 식별자 검색부(160)를 통해 피드백된 스위치드 빔 식별자를 이용하여 스위치드 빔 제어부(150)가 각각의 이동 단말(200)에 대하여 최적의 지향성 빔포밍을 할 수 있도록 제어한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 빔 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.
기지국(100)은 스위치드 빔을 형성하기 위한 가중치 벡터에 대한 식별자를 할당하고, 식별자를 나타내는 빔 식별 심볼을 생성하여 하향링크 신호의 특정 심볼 구간 또는 특정 부반송파 그룹에 삽입한다(S100).
기지국(100)은 특정한 스위치드 빔을 형성하도록 안테나 엘리먼트(T1~TN)를 제어하여 빔 식별 심볼이 삽입된 하향링크 신호를 가입자의 이동 단말(200)에 전송한다(S110). 스위치드 빔에 대한 빔 식별 심볼은 안테나 엘리먼트(T1~TN)의 수와 대응되어 전송될 수 있으며, 기지국(100)이 저장하고 있는 가중치 벡터의 개수에 대응하여 전송될 수도 있다.
하향링크 신호를 수신한 이동 단말(200)은 각각의 하향링크 데이터 신호 속에 포함된 빔 식별 심볼을 검색하고, 현재 전송 중인 스위치드 빔을 검색한다(S120).
이동 단말(200)은 기지국(100)이 생성할 수 있는 모든 스위치드 빔을 이용하여 송신되는 하향링크 신호가 수신되었는지의 여부를 판단하여, 모든 송신 안테나 엘리먼트(T1~TN) 또는 가중치 벡터에 대한 빔 식별 심볼을 수신할 때까지 수신 전력의 측정을 반복한다(S130).
스위치드 빔에 대한 모든 식별 심볼이 수신되면, 이동 단말(200)은 측정한 수신 전력 중 최대값을 결정하고, 이에 대응하는 스위치드 빔을 최적의 스위치드 빔으로 결정하고 해당하는 식별자를 추출한다(S140, S150).
이동 단말(200)은 추출된 식별자를 피드백 채널을 이용하여 기지국(100)으로 전송하고, 이를 수신한 기지국(100)은 대응되는 스위치드 빔을 이용하여 해당 이동 단말(200)과의 통신을 수행한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현되는 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 기술 분야의 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.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 이동 단말이 주체가 되어 빔 식별 심볼을 이용하여 최대의 수신 전력을 제공하는 스위치드 빔을 선택하므로 기지국은 도래각 측정을 위한 상향링크 무선 자원을 절감할 수 있다.
또한, 상향링크와 하향링크의 주파수 밴드가 이격됨으로 인하여 발생하는 오차를 없애 최적의 스위치드 빔을 선택할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (5)

  1. 복수의 송신 안테나로 복수의 스위치드 빔을 형성하는 기지국의 커버리지 영역 내에 위치하는 가입자 단말의 스위치드 빔 선택 방법에 있어서,
    상기 복수의 스위치드 빔 각각에 대하여 할당된 복수의 빔 식별 심볼이 미리 설정된 시간 슬롯에 삽입되어, 상기 빔 식별 심볼이 나타내는 스위치드 빔을 통하여 전송되는 하향링크 신호를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계;
    상기 수신한 복수의 빔 식별 심볼의 수신 전력을 측정하는 단계;
    상기 측정된 수신 전력 중 최대의 수신 전력을 갖는 빔 식별 심볼을 선택하고, 상기 선택된 빔 식별 심볼이 삽입된 위치를 기초로 하여 해당 스위치드 빔을 상기 기지국과의 통신을 위한 스위치드 빔으로 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 스위치드 빔의 빔 식별 심볼의 위치 정보를 상기 기지국에 전송하는 단계
    를 포함하는 스위치드 빔 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 빔 식별 심볼은 상기 복수의 스위치드 빔에 따라 심볼 구간을 달리하여 삽입되어 전송되는 스위치드 빔 선택 방법.
  3. 복수의 송신 안테나로 복수의 스위치드 빔을 형성하는 기지국의 커버리지 영역 내에 위치하는 가입자 단말의 스위치드 빔 선택 방법에 있어서,
    상기 복수의 스위치드 빔 각각에 대하여 복수의 인접한 부반송파로 이루어진 부반송파 그룹을 할당하여, 상기 부반송파 그룹을 상기 할당된 스위치드 빔을 이용하여 전송되는 하향링크 신호를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계;
    상기 수신한 하향링크 신호 중 상기 복수의 부반송파 그룹의 수신 전력을 측정하는 단계;
    상기 측정된 수신 전력 중 최대의 수신 전력을 갖는 부반송파 그룹을 선택하고, 상기 선택된 부반송파 그룹이 나타내는 스위치드 빔을 상기 기지국과의 통신을 위한 스위치드 빔으로 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 부반송파 그룹의 위치 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하는 스위치드 빔 선택 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위치드 빔에 대하여 할당된 복수의 부반송파 그룹은 하향링크 신호의 프리앰블에 위치하는 스위치드 빔 선택 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프리앰블은 인접한 복수의 부반송파로 구성된 복수의 주파수 밴드를 포함하고,
    상기 복수의 주파수 밴드의 각각은 인접한 복수의 부반송파 그룹으로 분할되고,
    상기 복수의 주파수 밴드 각각의 복수의 부반송파 그룹에 대하여 각각 복수의 스위치드 빔이 매핑되는 스위치드 빔 선택 방법.
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